Dünya tarihi açısından önemli bir yapı olan Ayasofya mabedi; ilk olarak MS. 7'nci yüzyılda Romalılar tarafından inşa edilen Gymnasium üzerine Bizans Dönemi'nde bazilika olarak inşa edilmiştir. 11'inci yüzyıldaki depremden sonra yenilenmiştir. Üç sahanlıdır. Orhan Gazi tarafından İznik'in fethiyle 1331 yılında camiye dönüştürülen yapı, Kanuni Sultan Süleyman döneminde Mimar Sinan tarafından yenilenmiştir. 1935 ve 1953 yıllarında yapılan onarımlar sırasında renkli taşlarla bezenmiş taban mozaikleri ve din görevlilerinin törenler esnasında topluca bulundukları, yarım yuvarlak oturma kademeleri ortaya çıkarılmıştır.
Bir mezar odası duvarında Hz. İsa freski bulunmaktadır. İznik ilçe merkezinde, Bizans Çağı'nda kentin tam ortasında ve iki ana ekseni oluşturan doğu-batı ve kuzey-güney yollarının kesiştiği yerin güneydoğu köşesindedir. Yazılı belgelerde adı ilk kez 11 Ekim 787 günü Patrik Trasios yönetiminde toplanan ve üçyüzelli piskoposla çok sayıda keşişin katıldığı Yedinci Konsül dolayısıyla anılmaktadır.
Birinci Dönem Yapısı: Olasılıkla 4'üncü - 5'inci yüzyıllar arasında, Roma Çağı'na ait bir (gymnasium)'un taş temellerine oturulmuş tuğla duvarlı bir bazilikadır (Erken Dönem Kilisesi). Kuzey ve güneyinde, taş temeller üzerinde görülen tuğla duvarlar bu dönemden kalmadır. Harç tabakası kalın ve kullanılan tuğlalar iridir. Apsisin iç kısmında da aynı teknikle örülmüş duvarlar bulunmaktadır. Apsisin dış kısmının ilk yapıda üç yüzeyli olduğu ortaya çıkmıştır ki, bu da erken dönem yapılarında görülmektedir. Ana yapıda, batıdan itibaren üç giriş ile üç nefli naosa geçilmektedir. Orta nefin yan neflerden dokuz sütun ile ayrılmış olduğu sanılmaktadır. Doğudaki apsis üç yüzeylidir ve bu dönemde posthophorion hücrelerine rastlanmaktadır.
İkinci Dönem Yapısı: 1065’teki büyük depremde hemen bütünüyle harap olan yapı, daha sonra zemini 1.40 metre yükseltilerek adeta yeni baştan inşa edilmiştir. Dış duvarlar onarılmış ve orta nef duvarları yapılmıştır. Apsis beş yüzlü olmuş, kubbeli postophorion hücreleri eklenmiştir. Bu dönemin yapısında batıdan üç nefli naosa geçilir; yan nefler, orta nefe bir duvar ve ikişer payenin böldüğü üçlü kemer açıkları ile açılır.
Üçüncü Dönem Ekleri: 1331’te Orhan Gazi zamanında İznik’in fethedilmesinden sonra, yapı yeniden yükseltilmiş, nefleri ayıran destekler değiştirilmiş, minare ve mihrap eklenerek camiye dönüştürülmüştür. Ancak günümüzdeki minare kalıntısı bu döneme ait değildir. Gerek bugünkü minare ve gerekse yapıdaki Türk Dönemi'ni yansıtan değişikliklerin büyük bölümünde Mimar Sinan’ın izlerini bulmak olanaklıdır. Bu dönemde üçlü kemer açıklıklarının aralarındaki ikişer sütun kaldırılmış ve bugün görülen büyük kemerlerle, onların arasındaki küçük sivri kemerli açıklıklar yapılmıştır. 1980’li yıllardaki çevre düzenlemesi ve kamulaştırmanın neticesinde Ayasofya’nın etrafındaki yapılar yıkılmış ve etrafı yeşillendirilmiştir. Aralık 2007 tarihinden itibaren ise Vakıflar Bölge Müdürlüğü'nün restorasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. 6 Kasım 2011 tarihinde Kurban Bayramı'nın ilk günü sabah namazından itibaren bir kısmı cami olarak hizmet vermeye başlamıştır.