Храм Святой Софии был построен греческими зодчими, приглашенными Ярославом. Впоследствии собор неоднократно перестраивался, сооружались разнообразные достройки. Тем не менее он до сих пор является образцом византийского искусства. Это единственное здание XI века, сохранившееся в относительно хорошем состоянии. Изначально храм представлял собой продолговатое каменное строение длиной около 36 м, шириной чуть более 70 м, высотой около 30 м, сложенное из довольно больших кирпичных плит. На трех сторонах здания располагались каменные хоры, поддерживаемые столбами с арками внизу и вверху на северной и южной сторонах. В храме был алтарь с двумя приделами (небольшими алтарями в пристройках). У здания было пять куполов, через которые в храм попадал свет; центральный купол был самым большим, а купола, расположенные над алтарем и хорами, – поменьше. Снаружи церковь окружала паперть, с которой на хоры вели две лестницы.
С собором Святой Софии связаны многие важные события политической, общественной и культурной жизни Руси. Здесь проходили церемонии «посажения» великого князя на престол, здесь великий князь принимал иностранных посланников, здесь же встречался с другими князьями. В соборе Софии располагалась первая на Руси библиотека, собранная при участии Ярослава. У Софийского собора собиралось киевское вече.
Три стены собора были расписаны портретами основателя собора князя Ярослава и его семьи. В центре этой композиции находилось изображение Иисуса Христа, по бокам от которого располагались изображения княгини Ольги и князя Владимира. С двух сторон от них располагались Ярослав, его супруга княгиня Ингигердта (в православии – Ирина), а также их дети. Первым к Иисусу шел Ярослав, неся в руках собор Святой Софии. До наших дней сохранились лишь фигуры детей Ярослава на южной и северной стенах. О других изображениях известно благодаря рисунку голландского живописца А. ван Вестерфельда, датируемого серединой XVII века.
Очень много споров, особенно в последнее время, вызывают фрески в центральной, южной и северной сторонах центрального нефа церкви Святой Софии. Спор возник из-за того, что надвратная