Santa Sofia (em grego: Άγια Σοφία; romaniz.: Agia Sophia, que significa "Sagrada Sabedoria"; em turco: Ayasofya), oficialmente Grande Mesquita de Santa Sofia (em turco: Ayasofya-i Kebir Cami-i Şerifi), é um imponente edifício construído entre 532 e 537 pelo Império Bizantino para ser a catedral de Constantinopla (atualmente Istambul, na Turquia). Da data em que foi edificada, em 537, até 1453, ela serviu nesta função, com exceção do período entre 1204 e 1261, quando ela foi convertida para uma catedral católica romana durante o Patriarcado Latino de Constantinopla que se seguiu ao saque da capital imperial pela Quarta Cruzada. O edifício foi uma mesquita entre 29 de maio de 1453 e 1931, quando foi secularizada. Ela reabriu como um museu em 1 de fevereiro de 1935.
A igreja foi dedicada ao Logos, a segunda pessoa da Santíssima Trindade, com a festa de dedicação tendo sido realizada em 25 de dezembro, a data em que se comemora o Nascimento de Jesus, a encarnação do Logos em Cristo. Embora ela seja chamada de "Santa Sofia" (como se tivesse sido dedicada em homenagem a Santa Sofia), sophia é a transliteração fonética em latim da palavra grega para "sabedoria" — o nome completo da igreja em grego é Ναός της Αγίας του Θεού Σοφίας, "Igreja da Santa Sabedoria de Deus".
Famosa principalmente por sua enorme cúpula (ou domo), ela é considerada a epítome da arquitetura bizantina e é tida como tendo "mudado a história da arquitetura". Ela foi a maior catedral do mundo por quase mil anos, até que a Catedral de Sevilha fosse completada em 1520. O edifício atual foi construído originalmente como uma igreja entre 532 e 537 por ordem do imperador bizantino Justiniano I e foi a terceira igreja de Santa Sofia a ocupar o local, as duas anteriores tendo sido destruídas em revoltas civis. Ela foi projetada pelos cientistas gregos Isidoro de Mileto, um médico, e Antêmio de Trales, um matemático.
A igreja continha uma grande coleção de relíquias e tinha, entre outras coisas, uma iconóstase de 15 metros de altura em prata. Era a sede do Patriarcado Ecumênico de Constantinopla e o ponto central da Igreja Ortodoxa por quase mil anos. Foi ali que o Cardeal Humberto, em 1054, excomungou o patriarca Miguel I Cerulário, iniciando o Grande Cisma do Oriente, que perdura até hoje.
Em 1453, Constantinopla foi conquistada pelo Império Otomano sob o sultão Maomé II, o Conquistador, que subsequentemente ordenou que o edifício fosse convertido numa mesquita. Os sinos, o altar, a iconóstase e os vasos sagrados foram removidos e diversos mosaicos foram cobertos por gesso e só foram restaurados em 1931 na conversão da igreja a um museu secular. Diversas características islâmicas — como o mirabe, o mimbar e os quatro minaretes — foram adicionados durante esse período. Ela permaneceu como mesquita até 1931, quando Mustafa Kemal Atatürk ordenou que ela fosse secularizada. Ela permaneceu fechada ao público por quatro anos e reabriu em 1935 já como um museu da recém-criada República da Turquia. Não obstante, os mosaicos coloridos permaneceram cobertos de gesso em sua maior parte, e o edifício deteriorou-se. Uma missão da UNESCO em 1993 notou queda do gesso, revestimentos de mármore sujos, janelas quebradas, pinturas decorativas danificadas pela umidade e falta de manutenção na ligação da telhadura. Desde então a limpeza, a telhadura e a restauração têm sido empreendidas. Os excepcionais mosaicos do assoalho e da parede que estavam cimentados desde 1453 agora são escavados e recriados gradualmente.
Por quase 500 anos, a principal mesquita de Istambul, Santa Sofia serviu como modelo para diversas mesquitas otomanas, principalmente a chamada Mesquita Azul, que fica em frente à Santa Sofia, a Mesquita de Xazade, a Mesquita de Solimão, a Mesquita de Rüstem Paxá e a Mesquita de Quilije Ali Paxá.
Em 10 de julho de 2020, o Conselho de Estado da Turquia revogou o status de museu do templo, e um decreto posterior do presidente Recep Tayyip Erdoğan determinou a reclassificação de Santa Sofia, convertendo-a novamente em mesquita.
A primeira igreja era conhecida como Μεγάλη Ἐκκλησία(em grego: Megálē Ekklēsíā — "A Grande Igreja"; em latim: Magna Ecclesia) por causa de sua grande dimensão quando comparada com outras igrejas contemporâneas em Constantinopla. Escrevendo em 440 d.C., Sócrates de Constantinopla afirmou que a igreja foi construída por Constâncio II, que já trabalhava nela em 346. Inaugurada em 15 de fevereiro de 360 pelo bispo ariano Eudóxio de Antioquia, ela foi construída próxima da região onde o palácio imperial estava sendo construído. A igreja chamada Hagia Irene ("Santa Paz") foi completada antes e serviu como catedral até que Santa Sofia estivesse completada. As duas foram as principais igrejas do Império Bizantino.
Uma tradição, cuja origem não é mais antiga que o século VII ou VIII, relata que o edifício fora construído por Constantino. O historiador Zonaras reconcilia as duas opiniões, escrevendo que Constâncio havia restaurado o edifício consagrado por Eusébio de Nicomédia após ele ter desabado. Como Eusébio fora bispo de Constantinopla entre 339 e 341 e Constantino morrera em 337, é possível que a primeira igreja tenha sido mesmo erigida por este.
O edifício foi construído como uma basílica latina colunada, com galerias e um teto de madeira. Tinha ainda um átrio.
O patriarca de Constantinopla João Crisóstomo entrou em conflito com a imperatriz Élia Eudóxia (r. 395–408), esposa do imperador Arcádio, e foi enviado para o exílio em 404 (veja Controvérsia de João Crisóstomo). Na rebelião que se seguiu, esta primeira igreja foi quase que completamente incendiada e nada resta dela atualmente.
A segunda igreja foi encomendada por Teodósio II, que a inaugurou em 10 de outubro de 415. A basílica com teto de madeira foi construída pelo arquiteto Rufino. Um incêndio iniciado durante a Revolta de Nica destruiu completamente a segunda Santa Sofia em 13-14 de janeiro de 532.
Diversos blocos de mármore da segunda igreja ainda existem. Num deles está um alto-relevo mostrando 12 cordeiros representando os doze apóstolos. Originalmente parte de uma entrada monumental, eles agora estão preservados nas escavações ao lado da entrada do museu. Estes fragmentos foram descobertos em 1935 abaixo do pátio ocidental por A. M. Schneider, que não pôde continuar com as escavações por medo de comprometer a integridade da Basílica de Santa Sofia.
Em 23 de fevereiro de 532, apenas alguns dias depois da destruição da segunda basílica, o imperador Justiniano decidiu construir uma terceira — e completamente diferente — basílica, maior e muito mais majestosa que as suas antecessoras.
Justiniano escolheu o médico Isidoro de Mileto e o matemático Antêmio de Trales como arquitetos, mas Antêmio morreu ainda no primeiro ano da empreitada. A construção foi descrita na obra "Sobre Edifícios" (em grego: Peri ktismatōn; em latim: De aedificiis) do historiador bizantino Procópio. O imperador mandou buscar materiais de construção de todo o império — colunas helênicas retiradas do Templo de Ártemis, em Éfeso (uma das Sete Maravilhas do Mundo), grandes blocos de pórfiro de pedreiras no Egito, mármores verdes da Tessália, pedras negras do Bósforo e amarelos da Síria. Mais de dez mil pessoas foram empregadas na construção. Esta nova igreja foi, ainda na época, reconhecida como um grande feito de engenharia e arquitetura. O imperador, juntamente com o patriarca Eutíquio de Constantinopla, inauguraram a nova basílica em 27 de dezembro de 537 com pompa e circunstância. Contudo, os mosaicos internos só foram completados sob o reinado de Justino II (r. 565–578).
Santa Sofia se tornou então a sede do Patriarcado Ecumênico de Constantinopla e o local preferido para realização de cerimônias oficiais do Império Bizantino, como coroações.
Terremotos em agosto de 553 e em 14 de dezembro de 557 racharam o domo principal e o semidomo oriental, sendo que o primeiro veio a desabar completamente no terremoto seguinte, em 7 de maio de 558, destruindo o ambão, o altar e o cibório. O colapso foi causado principalmente pelo peso da estrutura, grande demais, e pela enorme carga de cisalhamento do domo, que era plano demais. Estes problemas levaram à deformação das colunas que sustentavam o domo. O imperador ordenou que a igreja fosse imediatamente restaurada e confiou a tarefa a Isidoro, o Moço, sobrinho de Isidoro de Mileto, que se utilizou de materiais mais leves e elevou o domo "por volta de 6,5 metros" — dando ao edifício a sua altura interior atual de 55,6 metros. Além disso, Isidoro trocou o tipo de domo, erigindo uma abóbada em cruzaria como pendículos com diâmetro entre 32,7 e 33,5 metros. Esta reconstrução foi completada no ano de 562 e o poeta bizantino Paulo Silenciário compôs um longo poema (ainda existente), conhecido como Ekphrasis, onde ele a comparou a um "campo de mármore", tantas as cores utilizadas. A reabertura foi presidida novamente pelo patriarca Eutíquio de Constantinopla no dia 23 de dezembro de 562. A riqueza e o nível artístico da basílica teria levado Justiniano a dizer Νενίκηκά σε Σολομών ("Salomão, eu te superei!").