Софійський собор був закладений в 1037 році князем Ярославом Мудрим. За переказами храм був зведений саме на тому місці, де князь здобув перемогу над язичниками печенігами.
Дзвіниця Софійського собору була побудована на замовлення гетьмана Мазепи. До сьогоднішнього дня зберігся дзвін, відлитий також на його замовлення, який знаходиться на другому поверсі дзвіниці і носить назву «Мазепа».
Загроза руйнування нависла над древнім храмовим комплексом в XX столітті. На початку 1930-х років радянська влада прийняла рішення про знищення Софії, лише втручання Франції, яка пам'ятала про те, що королева Анна (дружина Генріха I) була дочкою засновника храму Ярослава Мудрого, позбавила змоги знищити цю реліквію.
Спочатку Софійський собор являв собою пятинефний хрестово-купольний храм з 13 главами. З трьох сторін він був оточений двох'ярусної галереєю, а зовні неї ще більш широкої одноярусною. Нефи собору закінчувалися на сході п'ятьма вівтарними апсидами. Але в результаті перебудов XVII-XVIII століть собор істотно змінив свій вигляд. Зовнішні галереї були надбудовані, з'явилися нові прибудови, увінчані додатковими куполами (всього зараз їх 19). Собор був побілена. Давня напівсферична форма глав була замінена на характерну для українського бароко високу грушоподібної форми.
Інтер'єр собору зберіг велику кількість фресок і мозаїк XI століття, виконаних кращими візантійськими майстрами. Палітра мозаїк налічує 177 відтінків. На стінах храму зображені сцени з життя Христа і Богородиці, її батьків Іоакима і Анни, апостолів Петра і Павла, Георгія Побідоносця, покровителя Києва - архістратига Михаїла і багатьох православних святих.