Los mosaicos de la Basílica de Santa Sofía fueron cubiertos por una gruesa capa de cal en el siglo XVIII (corrieron la misma suerte que los de la mezquita de Damasco). A mediados del XIX Adbülmecit encargó la restauración de la basílica devolviéndolos a la luz, pero no se restauraron hasta 1.935, año en que la basílica fue transformada en museo. Para llegar a ellos es necesario subir a la galería. Se accede a ella por una empinada rampa en zigzag en la parte norte del nártex (atrio) interior.
El más destacado es una Déesis del siglo XIII. Cristo entre la Virgen María y Juan el Bautista. Es impresionante ver la perfección en los cabellos, las manos y los rostros conseguidas con las pequeñas teselas hace más de siete siglos.
Otro de los mosaicos es el de la emperatriz Zoe. Cristo entre la emperatriz y su tercer marido, Constantino. La curiosidad es que la emperatriz se casó tres veces y con cada matrimonio mandó modificar la cabeza y las inscripciones de la figura de su esposo.
En la misma galería se puede ver el mosaico de Comneno que representa a la Virgen María entre la emperatriz Irene y Juan II Comneno, del año 1.122
A la salida se puede observar otro mosaico del siglo X, la Virgen con el Niño y Constantino ofreciéndole la ciudad de Constantinopla y Justiniano con un modelo en miniatura de Santa Sofía.
