Ayasofya'nın yapımında çeşitli malzemeler kullanılmıştır: 1. Taş ve Tuğla: Yapının büyük bir kısmı taş ve tuğla ile inşa edilmiştir. 2. Mermer: İç duvarlar ve zeminler için beyaz mermer, yeşil somaki ve pembe mermer gibi çeşitli mermer türleri kullanılmıştır. 3. Sütunlar: Efes'teki Artemis Tapınağı, Suriye'nin Baalbek bölgesi ve diğer antik şehir kalıntılarından getirilen sütunlar kullanılmıştır. 4. Rodos Toprağı: Kubbenin yapımında kullanılan tuğlalar, Rodos'tan getirilen özel bir topraktan yapılmıştır. 5. Altın ve Renkli Cam: Mozaik süslemelerde altın, gümüş, renkli cam ve pişmiş toprak gibi malzemeler kullanılmıştır.