Ayasofya'da çeşitli gizemler ve efsaneler bulunmaktadır: 1. Kutsal Kase ile Kaybolan Papaz: İstanbul'un fethi sırasında bir papazın kutsal kase ile bir kapıdan geçip kaybolduğuna inanılır. 2. Hz. İsa'nın Kutsal Emanetleri: Hz. İsa'nın çarmıha gerildiği haç ve çivilerin Ayasofya'da gizli bir bölmede saklandığına inanılır. 3. Kıyamet Tarihi: Güney girişteki üçüncü sütunda, Hz. Hızır tarafından kıyametin kopacağı tarihin yazılı olduğu söylenir: "On sekizinde yevm-i Pazar, sene 1038". 4. Deisis Mozaiği: 1264 yılında yapılan Deisis Mozaiği'ndeki İsa figürünün aslında Apollon'u temsil ettiği düşünülür. 5. Taş Kesilen Balıklar: Fatih Sultan Mehmet'in İstanbul'u kuşattığı sırada, Ayasofya'daki papazların kızarttığı balıkların, İstanbul'un fethedildiğini anlayınca taş kesildiği efsanesi vardır. 6. Pençe Nişanı: Ayasofya'nın güneydoğu tarafındaki kubbelerden birinin desteğinde, Fatih Sultan Mehmet'in atının korkup elini dayadığı bir iz bulunur.