1935年圣索菲亚大教堂改为博物馆，名称又改回“圣索菲亚”。历经了悠悠岁月的政权更迭、宗教争斗与历史的沧桑变化，它的美丽庄严，依然撼动着每一个参观者的心。
教堂前部是一个华丽的庭院，周围有柱廊环绕，中央是水池，经过三重门便进到了教堂的外前廊，其后是宏伟的大前廊。大前廊长61米，宽9.1米，分为两层，下层为教徒祈祷和忏悔的地方，上层为教堂游廊的一部分。
圣索菲亚大教堂融合了罗马式长方形教堂与中心式正方形教堂的特点。建筑平面呈长方形，采用了希腊式十字架的造型，东西长77米，南北长71米。布局属于穹窿覆盖的巴西利卡式，中心为一直径32.6米的圆形穹窿，据说在黑海上都可以看到。穹窿由4根高为24.3米的巨大塔形方柱之间的拱顶连接支撑。为了解决在方形底基上安放圆顶的难题，并分散支撑圆顶承受的负荷，建筑师在圆顶四周设计了小半圆顶，之下又建了许多更小的半圆顶。最初因施工匆忙，穹顶曾一度倒塌，为此，修复时增加了扶壁。这种建筑技术从外观和内部都给人与方圆契合自然和谐的美感，圆顶与方形墙体的连接强度在当时建筑史上也是少有的。它的结构成就和匠师对结构受力的分析能力都已达到相当高的水平。