Мраморные панели стен в основном остались со времен Юстиниана. Своды были сплошь покрыты золотой мозаикой, а купол украшен синим крестом на золотом фоне. Чудесная Богоматерь с младенцем в полукуполе центральной апсиды относится к 867 году, а шестикрылые серафимы в восточных парусах под куполом — к VI веку (их собратья в западных парусах — работа реставраторов XIX века). Серафимов турки почему-то сочли талисманами и замазывать (в отличие от всех прочих мозаик) не стали — ограничились тем, что прикрыли им лица медными масками.

С трех сторон подкупольное пространство Софии окружают хоры — галереи, открывающиеся в центр храма арками. Вход на хоры — в северном торце нартекса; наверх ведет не лестница, а пологий пандус. По пандусу этому императрица могла подниматься наверх в своем паланкине, не испытывая ни малейших неудобств. Государыню сопровождали принцессы и фрейлины: во времена Юстиниана хоры предназначались исключительно для женской половины двора. Это было весьма светское место. Самая почетная часть хоров — в центре западной галереи, прямо напротив алтаря: круг из зеленого мрамора обозначает место, где стоял трон императрицы. В северной галерее стоит поискать изображение императора Александра (912-913) и древние граффити на столбах и парапете — рисунки и надписи, нацарапанные прихожанами. Среди греческих букв встречаются и руны x века (уже на южной стороне, на парапете балкона): их вырезали во время долгой службы скучающие гвардейцы-варяги. А в южной галерее сохранились части великолепного мозаичного убранства XI-XII веков. Когда-то хоры сплошь были покрыты мозаиками на золотом фоне, но сохранилось всего несколько изображений. На одном из них, сделанном около 1044 года, склоняются перед престолом Христа императрица Зоя и ее супруг Константин Мономах. В руках августейшая чета держит символы благотворительности: кошель с деньгами и дарственную грамоту. Верхняя часть фигур хорошо сохранилась — тем больше бросаются в глаза грубо заделанные трещины вокруг головы Константина и лица Зои.