Hagia Sophia blir ofte beskrevet som et symbol på bysantinsk arkitektur, men designet inneholder elementer fra romerske, greske og islamske arkitekturtradisjoner.
- Bysantinsk innflytelse: Den massive sentrale kuppelen i Hagia Sophia skaper en følelse av storhet og romslighet i det indre rommet. Bruken av pendentiver og knekkverk for å støtte den er et annet kjennetegn ved bysantinsk arkitektur, noe som muliggjør overgangen fra en kvadratisk base til en sirkulær kuppel.
- Romersk arv: Arkitektene bak Hagia Sophia, Anthemius fra Tralles og Isidore fra Milet, trakk veksler på sine kunnskaper om romersk ingeniørkunst for å skape et byggverk som både var monumentalt og funksjonelt. Innsiden av Hagia Sophia er fylt med buer, søyler og hvelv.
- Gresk estetikk: Arkitektene brukte marmor og andre edelstener og metaller til å dekorere kirken som er blitt moské, noe som minner om klassisk gresk arkitektur. I tillegg understreker proporsjonene og symmetrien i Hagia Sophias design harmoni og balanse.
- Islamsk innflytelse: Etter den osmanske erobringen i 1453 ble moskeen utvidet med minareter, mihrab (bønnenisje) og minbar (prekestol). Disse funksjonene fremhever Hagia Sophias betydning som tilbedelsessted for muslimer.