Aya Sofya'da daha önceki dönemlerin de mimarisinde kullanılan kubbe ve bazilikal plan kullanılmıştır. Ancak bu unsurlar ilk kez bir arada bu tasarımla ortaya çıkmakta ve bu büyüklükteki bir kubbe ilk kez bir kilisede uygulanmaktadır. Mimarla,r çağlarının yapı bilgisinin çok ötesinde bir şeyi, dikdörtgen bir mekâna anıtsal kubbeyi oturtmayı başarmışlardır. Havada asılı gibi duran kubbe dört büyük taşıyıcı ayak üzerine yerleştirilmiştir. Yapı, Orta Çağ insanının algı gücünü zorlayan boyutlarıyla kendi çağı içinde benzersiz kalmıştır.