Οι σημαντικότεροι σταθμοί στην ιστορία του μνημείου
360: Εγκαίνια της Μεγάλης Εκκλησίας επί βασιλείας του Κωνσταντίου Β΄404: Ο ναός καταστρέφεται από πυρκαγιά κατά τη διάρκεια της στάσης που ακολούθησε την καθαίρεση του πατριάρχη Ιωάννου Χρυσοστόμου
415: Εγκαίνια της Αγίας Σοφίας του Θεοδοσίου Β΄
532: Ο ναός καίγεται κατά τη διάρκεια της Στάσης του Νίκα
537: Εγκαίνια της καινούριας τρουλαίας βασιλικής του Ιουστινιανού Α΄
558: Κατάρρευση του τρούλου μετά το σεισμό του 557
562: Δεύτερη αφιέρωση του ιουστινιάνειου ναού
565-577: Εργασίες στο πατριαρχικό μέγαρο επί πατριαρχίας του Ιωάννη Γ΄ Σχολαστικού
667-669: Ο θωμαΐτης τρίκλινος προστίθεται στο Πατριαρχείο επί πατριαρχίας Θωμά Β΄ (κατά άλλους επί Θωμά Α, 607-610)
8ος αιώνας: Ψηφιδωτά με τις μορφές του Χριστού και των αγίων καταστρέφονται κατά τη διάρκεια της Εικονομαχίας
790: Ο θωμαΐτης τρίκλινος καταστρέφεται από πυρκαγιά και στη συνέχεια επισκευάζεται
Τέλη βασιλείας Μιχαήλ Γ΄ (+867): Η Αγία Σοφία διακοσμείται εκ νέου με εικονιστικά ψωφιδωτά – η Θεοτόκος Βρεφοκρατούσα και ο αρχάγγελος Γαβριήλ στην αψίδα
μετά το 869: Προστίθενται ψηφιδωτά [επί Βασιλείου Α΄ (867-886)]· το δυτικό ημιθόλιο επισκευάζεται μετά το σεισμό του 869 (πιθανότατα οι τέσσερις αντηρίδες στη δυτική πλευρά του ναού επίσης χτίζονται εκείνη την εποχή)
10ος αιώνας: Νέα ψηφιδωτά - Λέων ΣΤ΄ (886-912) πάνω από τη Βασίλειο Πύλη που οδηγεί από τον έσω νάρθηκα στο κεντρικό κλίτος, Αλέξανδρος (912-913) στο βόρειο υπερώο/ στοά και η Θεοτόκος με τον Κωνσταντίνο και τον Ιουστινιανό Α΄ πάνω από τη νοτιοδυτική είσοδο του εξωνάρθηκα
989: Ο τρούλος καταστρέφεται από σεισμό· επισκευές από τον Αρμένιο αρχιτέκτονα Trdat (οι εργασίες ολοκληρώνονται το 994)
1042-1055: Ψηφιδωτό του Χριστού ένθρονου ανάμεσα στον αυτοκράτορα Κωνσταντίνο Θ΄ (1042-1055) και την αυτοκράτειρα Ζωή στο νότιο υπερώο
επί Ιωάννη Κομνηνού (1118-1143): Ψηφιδωτό του Ιωάννη Β΄ Κομνηνού και της συζύγου του Ειρήνης εκατέρωθεν της Βρεφοκρατούσας Θεοτόκου (σε ξεχωριστό πλαίσιο ο γιος τους Αλέξιος) στο νότιο υπερώο
1203: Ο θωμαΐτης τρίκλινος καίγεται στη μεγάλη φωτιά που προηγήθηκε της κατάληψης της πόλης από τους σταυροφόρους
1204: Ο μητροπολιτικός ναός λεηλατείται από τους σταυροφόρους. Ο Βαλδουίνος στέφεται αυτοκράτορας στην Αγία Σοφία
1205: Η Αγία Σοφία γίνεται η έδρα του λατινικού Πατριαρχείου
1261: Οι Βυζαντινοί ανακτούν την Κωνσταντινούπολη. Η Αγία Σοφία εφοδιάζεται με καινούρια εκκλησιαστικά σκεύη (η Δέηση στο νότιο υπερώο χρονολογείται στον ύστερο 13ο ή στο 14ο αιώνα)
1317: Συμπαγείς αντηρίδες στην ανατολική πλευρά του ναού, ορισμένες από αυτές στη νότια και στη βόρεια πλευρά χτίζονται επί αυτοκράτορα Ανδρονίκου Β΄ (1282-1328)
1346: Κατάρρευση μέρους του τρούλου, της ανατολικής κυρίως αψίδας και του ημιθολίου
1353: Επισκευές σε φθορές των θόλων ολοκληρώνονται από το στρατοπεδάρχη Αστρά και τον Giovanni Peralta• στη συνέχεια ο τρούλος διακοσμείται εκ νέου με ψηφιδωτό του Παντοκράτορα
1453: Άλωση της Κωνσταντινούπολης από τους Οθωμανούς. Η Αγία Σοφία μετατρέπεται σε τζαμί από το σουλτάνο Μεχμέτ Β΄ (1421-1481). Δίπλα στο ναό ανεγείρεται θρησκευτική σχολή
πριν από το 1481: Ο πρώτος (προσωρινός) μιναρές κατασκευάζεται πάνω σε έναν πύργο μικρού κλιμακοστασίου στα νοτιοδυτικά της Αγίας Σοφίας
επί Βαγιαζίτ Β΄ (1418-1512): Δύο νέοι μιναρέδες, ο ένας καταστρέφεται από το σεισμό του 1509
1573: Επισκευές υπό την επίβλεψη του αρχιτέκτονα Sinan. Οι παλιοί μιναρέδες κατεδαφίζονται και αντικαθίστανται από νέους
1576: Ολοκληρώνεται το πρώτο από τα μαυσωλεία των σουλτάνων, για το Σελίμ Β΄, στα νότια του τζαμιού
επί Μουράτ Γ΄ (1574-1595): Προσθήκη δύο μιναρέδων
1618: Η χρήση του βυζαντινού βαπτιστηρίου κοντά στο νοτιοδυτικό προστώο του αλλάζει σε μαυσωλείο του σουλτάνου Μουσταφά Α΄
επί Ιμπραήμ (1640-1648): Κρήνες για την τελετουργική νίψη στη νοτιοδυτική γωνία του τζαμιού
1717: Το μεγαλύτερο μέρος των σωζόμενων ψηφιδωτών στο εσωτερικό της Αγίας Σοφίας καλύπτεται
1738: Βιβλιοθήκη του Μαχμούτ Α΄ στα νότια του τζαμιού
1739: Κρήνη στη νοτιοδυτική γωνία του τζαμιού
1743: Ιμαρέτ (πτωχοκομείο) στα βόρεια του τεμένους
1754, 1766 και 1802: Φθορές από σεισμούς στο κτήριο
1847-1849: Αναστηλώσεις από τους Ελβετούς αρχιτέκτονες Gaspare και Giuseppe Fossati στα χρόνια του σουλτάνου Αβδουλμετζίτ: τα βυζαντινά ψηφιδωτά αποκαλύπτονται και καταγράφονται προτού ξανακαλυφθούν με σοβά, ενώ εξωτερικά οι τοίχοι βάφονται σε σειρές που απομιμούνται την εναλλαγή πέτρινων και πλίνθινων ζωνών, κοινή πρακτική στη βυζαντινή τοιχοδομία. Νέα θρησκευτική σχολή. Η πρώτη ενδελεχής έρευνα για την αρχιτεκτονική της Αγίας Σοφίας από τον W. Salzenberg
1873: Κατεδάφιση των τελευταίων τμημάτων του ιουστινιάνειου αιθρίου
1931: Το Αμερικανικό Βυζαντινό Ινστιτούτο ξεκινά συστηματικές εργασίες αποκάλυψης και αναστήλωσης των ψηφιδωτών
1934-1935: Το Αγια-Σοφιά τζαμί μετατρέπεται σε μουσείο
1935: Ανασκαφές μπροστά από τη δυτική όψη της Αγίας Σοφίας από τον A.M. Schneider αποκαλύπτουν το μνημειακό πρόπυλο του Θεοδοσίου Β΄ και τα κατάλοιπα του ιουστινιάνειου αιθρίου
1943: Μαρμάρινη κολυμβήθρα ανακαλύπτεται στην αυλή ανάμεσα στο βαπτιστήριο και το νότιο κλίτος της Αγίας Σοφίας
δεκαετία '80: Καθαρισμός του σκευοφυλακίου και περιορισμένες ανασκαφές στο χώρο βόρεια της βόρειας αντηρίδας της Αγίας Σοφίας
1992-1999: Αναστήλωση των ψηφιδωτών του τρούλου (με την υποστήριξη της UNESCO)
1993 μέχρι το τέλος της δεκαετίας: Αφαίρεση του σύγχρονου κονιάματος από τη νοτιοδυτική γωνία και εν μέρει από την ανατολική πλευρά
2000: Αναστήλωση των ψηφιδωτών του τρούλου (με την υποστήριξη του Ταμείου Παγκόσμιας Κληρονομιάς)
2005-2007: Αναστήλωση των μαυσωλείων των σουλτάνων, συμπεριλαμβανομένου του Βαπτιστηρίου