圣索菲亚（希腊语：Ἁγία Σοφία ；土耳其语：Ayasofya Camii）是位于现今土耳其伊斯坦布尔的宗教建筑，旧称圣索菲亚大教堂，有近一千五百年的漫长历史，因其巨大的圆顶而闻名于世，是一幢“改变了建筑史”的拜占庭式建筑典范。
索菲亚在希腊语里的意思是神圣智慧。其拉丁语名称则为Sancta Sophia或Sancta Sapientia，希腊语全名是“Ναός τῆς Ἁγίας τοῦ Θεοῦ Σοφίας”，解作“上帝圣智教堂”。大教堂称为“圣索菲亚”（Ἁγία Σοφία），是特别献给天主圣智的那一位，即为耶稣基督。这种对耶稣的称呼可能源自使徒保罗在《哥林多前书》第1章第24节对基督的描绘：“但在那蒙召的，无论是犹太人、希腊人，基督总为神的能力，神的智慧（Σοφία）”。
第一代教堂被称为“大教堂”（希腊语：Μεγάλη Ἐκκλησία (Megálē Ekklēsíā)；拉丁语：Magna Ecclesia），在360年2月15日君士坦提乌斯二世在位时启用，大教堂建在正在兴建中的帝国皇宫旁。附近的伊莲娜教堂在较早时已建成并作为主教座堂，直至圣索菲亚大教堂建成。这两所教堂同为拜占庭帝国最重要的教堂。
狄奥多西二世下令兴建第二代教堂，于415年10月10日落成，这个木制屋顶的教堂是由建筑师鲁弗留斯所建。532年1月，尼卡暴动引起的一场大火将第二代圣索菲亚大教堂烧成灰烬。
公元532年拜占庭皇帝查士丁尼一世下令建造第三所教堂。在拜占庭雄厚的国力支持之下，由物理学家伊西多尔及数学家安提莫斯设计的这所教堂在公元537年便完成了其建造。与主要使用大理石的希腊建筑以及主要使用混凝土的罗马建筑不同的是，圣索菲亚的主要建筑材料为砖块。如何在立方体的建筑上放置圆形穹顶，一直是古代建筑学上的难题。圣索菲亚大教堂给出的解决之道是帆拱，四个三角凹面砖石结构将世界上最大的圆顶之一架起。这个创新想法使艺术史学家、建筑师及工程师产生了兴趣。帆拱可令圆顶得以架在下面的柱子上。帆拱不仅可以达到令人满意的美学效果，又可稳定圆顶的侧面，使圆顶的重量得以引向下方。
553年8月及557年12月的地震使主圆顶及东面的半圆顶破裂，558年5月7日发生的地震使主圆顶彻底倒塌，破坏了读经台、祭坛及其华盖。皇帝马上下令修复，让伊西多尔的侄甥伊西多拉负责修复工作。他使用了较轻的建材，又将圆顶提高了6.25米（20.5英尺），使教堂的内部高度达到现时的55.6米（182英尺）。
圣索菲亚大教堂是君士坦丁堡牧首的座堂，并且是拜占庭帝王仪式的首要场地，如加冕典礼。大教堂为作恶者提供庇护，世人对此深受感动。
在第四次十字军东征期间，大教堂被拉丁基督徒洗劫。据史学家尼基塔斯·蔡尼亚提斯所述，大教堂的一些圣物如耶稣墓碑的一块石头、圣母玛利亚之奶、耶稣裹尸布及多位圣人的骨头都被转送到西方，现今可在西方多个博物馆内参观这些圣物。在拉丁帝国的占领下，圣索菲亚大教堂成为了罗马天主教会的主教座堂。鲍德温一世于1204年5月16日在圣索菲亚大教堂依照拜占庭传统加冕为王。1261年，拜占庭人重夺君士坦丁堡。
在1519年被塞维利亚主教座堂取代之前圣索菲亚大教堂一直是世界上最大的教堂。圣索菲亚大教堂由360年落成直至1453年期间都是君士坦丁堡的大教堂。
奧斯曼土耳其人在1453年征服君士坦丁堡，苏丹穆罕默德二世下令将大教堂转变为清真寺，还将钟铃、祭坛、圣幛、祭典用的器皿移去，用灰泥覆盖基督教镶嵌画。日后又逐渐加上了一些伊斯兰建筑，如四座叫拜楼(宣礼塔)。
随着土耳其共和国的建立，1934年该教堂失去了其宗教意义，1935年2月1日，这座见证了数个帝国兴盛衰亡的建筑以博物馆的身份重新对世人开放。教堂正厅圆顶上的伊斯兰书法是否应移除更引发了争议，因为在书法之下覆盖着基督镶嵌画。
2020年7月2日，时任总统埃尔多安撤销国父凯末尔在1934年签署改为博物馆的政令，恢复其宗教场所的角色。
作为接近500年来伊斯坦布尔最重要的清真寺，圣索菲亚大教堂是众多奧斯曼帝国时期清真寺如苏丹艾哈迈德清真寺（蓝色清真寺）、塞札特清真寺、苏莱曼尼耶清真寺、鲁斯坦帕夏清真寺、奇力克阿里帕夏清真寺的模本。