Kościół Hagia Sophia przetrwał w formie nadanej mu podczas rządów Justyniana.
Z pierwszego okresu rozwoju miasta zachowały się ziemne cysterny. Konstantynopol nie miał źródeł słodkiej wody, którą sprowadzano do miasta akweduktami. Na wypadek oblężenia budowano podziemne zbiorniki podzielone rzędami kolumn na nawy. Kwadratowe pola przekryte były sklepieniami żaglastymi lub krzyżowymi. Aby zwiększyć pojemność zbiorników, stosowano podwyższenie pomieszczenia ustawiając kolumny jedna na drugiej. Większość głowic pozbawiona jest ozdób. Pojawia się nowy element architektoniczny w formie odwróconej piramidy – nasadnik, usytuowany pomiędzy łękiem sklepiennym a głowicą kolumny.
Już w okresie panowania Teodozjusza II widoczne jest w architekturze stopniowe przekształcanie budowli na planie bazyliki. Nawy są krótsze, rozbudowana zostaje absyda i transept. Zmiana proporcji i przekrycie nawy środkowej kopułą to cechy bazyliki ukształtowane w architekturze bizantyńskiej. Tak powstała forma kościoła na planie krzyża greckiego z kopułą nad przecięciem się jego ramion, tzw. kościół krzyżowo-kopułowy. Część centralną od południa i północy otaczają nawy boczne z emporami, od zachodu usytuowany był narteks z emporą a od wschodu umieszczano płytkie prezbiterium z absydą.