Domul Hagia Sophia este cel mai izbitor element din structură. Chiar dacă a fost făcută cu intenția de a lăsa în urmă clădirile construite până atunci, cupola Pantheonului este mai mare. Cu toate acestea, este unic într-un stil de a pune o cupolă pe o bază pătrată care combină puterea seculară a unei cupole și spiritualitatea creștinismului cu o formă de bazilică.

prima cupolă construită de Anthemius & Isidorus a fost planificată ca un cerc. Cu toate acestea; sa dovedit a fi o elipsă. Când Domul s-a prăbușit mai ales în timpul cutremurului din 558, Iustinian l-a comandat pe Isidore cel Tânăr a cărui operă de artă deformată structural supraviețuiește și astăzi.

cupola are un diametru de 31,7 metri și o înălțime de 55,6 metri de la nivelul podelei. Este susținută de arcurile dintre piloni, numite pendentive care erau unice în acele vremuri.

lumina soarelui care plutește în jurul bisericii și strălucește pe mozaicurile aurite intră mai ales din cele patruzeci de ferestre care înconjoară baza cupolei. Ferestrele nu sunt doar o sursă de lumină, ci și o alarmă a unei defecțiuni în cupolă. De asemenea, relaxează presiunea cupolei asupra pendentivelor.

“într-adevăr, s-ar putea spune că interiorul său nu este iluminat din afară de soare, dar acea strălucire apare în interiorul său, o astfel de abundență de lumină scaldă acest altar. “Procopius, clădiri

“…pe coroanele arcurilor se sprijină o structură circulară, rotunjită în formă; de acolo lumina zilei zâmbește întotdeauna mai întâi… și sprijinindu-se pe această structură circulară, cupola uriașă o face extraordinar de frumoasă…” Procopius, clădiri

amestecul de sol al cupolei constă doar din mortar și cărămidă. Din când în când, s-au făcut restaurări pentru a consolida structura.

se credea că inițial a existat o cruce uriașă și mai târziu un mozaic al lui Hristos Pantocrator despre care se crede că s-a prăbușit într-un cutremur. În timpul restaurării Fossati, un verset din Coran a fost inscripționat de M. Izzet Efendi în centrul domului.