562 yılında onarım işi mimar İzidoros’un yeğeni genç İzidoros’a verilmiş, önceleri basık olan kubbe 6,25 m. kadar yükseltilmiş, fil ayaklarının dayanakları istinat ayakları ile önemli şekilde kuvvetlendirilmiştir.
Ayasofya’nın tamirden sonraki ikinci açılışı yine Justinianus tarafından yapılmış tören sırasında Patrik Eulyhus kendisine eşlik etmiştir.
9. yüzyılda imparator Teofilius ve III.Mikhael dönemlerinde oymalı tunçtan kanatlı kapılarla süslenen Ayasofya, 869 ve 986 yıllarında meydana gelen depremlerde de statik bakımdan zayıf olduğu için bazı hasarlar görmüş, onarımı yapıldıktan sonra 13 Mayıs 994 te bir kez daha ibadete açılmış, imparator II.Basilius tarafından da içi mozaiklerle süslenmiştir.
Lâtin istilası sırasında dış dehlizin dış yüzüne ahşap bir çan kulesi ilâve edilen Ayasofya, haçlılar tarafından başka bir dine ait mabetmiş gibi yağma edilmiş, bu arada kapıların kaplamaları altın sanılarak sökülmüş, maddi ve manevi değeri yüksek ne kadar eşya varsa yok edilmiştir.
1317 yılında yeni bir tehlikeyle karşılaşan yapıyı II.Andronikos dört payanda duvarı yaptırarak emniyet altına almış fakat 13 Mart 1346 da meydana gelen depremde doğu yarım kubbesi, büyük kubbenin bir bölümü çökmüş ve altındaki ambon ile iconsostas büyük zarar görmüştür. 1354 yılında halktan alınan  vergilerle bina, mimar G.Prella tarafından tekrar tamir edilmiştir.
Türkler İstanbul’u alıncaya kadar Ayasofya birçok defalar büyük tehlikelerle karşı karşıya kalmış öyleki bir ara ibadete bile kapatılmıştır.
29.Mayıs.1453 tarihinde Fatih Sultan Mehmet İstanbul’a girdiği zaman kilise son derece bakımsız bir durumda idi. Halkın büyük çoğunluğu korkudan yapının içine sığınmıştı. Fatih büyük bir saygıyla Ayasofya’nın içine girmiş içeriyi dolduran halkın sakin bir şekilde burunlarının dahi kanamadan evlerine gitmelerini emretmiştir.
Ayasofya’yı son derece bakımsız ve perişan bulan Fatih Sultan Mehmet buranın derhal camiye çevrilmesini emretmiş 1 Haziran 1453’e rastlayan ilk Cuma namazını da burada kılmıştır. Bu arada ortadaki eşyalar kaldırılmış fakat mozayiklerin hiç birine dokunulmamıştır. Bu mozayikler çok sonraları Kanuni devrinde İslâm dininde mabet içinde resmin olmaması nedeniyle sıva ile örtülmüştür.
Fatih ilk önce Ayasofya’ya tahtadan bir minare yaptırtmış sonra bunu kaldırtarak camiin güney-batı köşesindeki bugün görülen tuğla minareyi inşa ettirmiş doğudaki ikinci destek duvarını yaptırtmış ve büyük bir vakfiye ile binanın devamlı bakımlı kalmasını sağlamıştır.
Fatih Ayasofya’nın bünyesinde herhangi bir değişiklik yaptırtmamış hatta yapının adını bile değiştirmemiştir.
Ayasofya diğer padişahlar tarafından da her devirde büyük ilgi görmüştür. Zarif ince minaresi II.Beyazıt zamanında, caddeye bakan iki kalın minaresi ise II.Selim zamanında yapılmıştır. Bu kalın minarelerin Sinan’ın eseri olduğu bilinmektedir. Fakat minareler III.Murat döneminde tamamlanmıştır. Sinan ayrıca Ayasofyanın payandalarını kuvvetlendirmiş, yeni istinat duvarları yaptırmıştır. III. Murat, Fatih devrinde yapılmış olan mihrabı da yenileyerek Türk sanatının en güzel örneklerinden olan minber ile zarif mermer mahfilleri binaya ilâve etmiş, orta nefin iki yanında yer alan Helenistik döneme ait iki mermer küp de yine bu padişah tarafından Bergama’dan getirtilmiştir. Mermerden yapılan vaiz kürsüsü ise IV.Murat devri eseridir. Bu padişah duvarlara ve duvarların boş yerlerinin tezyinine çok önem vermiş, bu boşluklara Allahın peygamberin ve dört halifenin isimlerini gösteren celihatla yazılmış yazıları Tekneci Zade İbrahim Efendi’ye yazdırmıştır.
Önceleri duvar içinde bulunan padişah mahfili III.Ahmet tarafından şahnişin haline konulmuştur.

            Ayasofya’yı Türk eserleriyle en fazla süsleyen hükümdar I.Mahmud’dur. Bu, padişah mahfeli yenilediği gibi camiin içinde çok güzel bir de kütüphane inşa ettirmiştir. Tunç şebekeleri devrinin bir şahaseri olan kütüphanenin 16,17 ve 18 yüzyıllara ait İznik ve Kütahya çinileri ile kaplı duvarları harika güzelliktedir. Kütüphanede bulunan 7274 yazma ve basma kitap bugün Süleymaniye Kütüphanesine nakledilmiştir.
Avluda yer alan 18. yüzyıl Türk mimarisinin en güzel örneklerinden biri sayılan şadırvan ile bu manzumeye ilave edilen mektup ve imaret yine I.Mahmut döneminde yapılan eserlerdendir.

            Abdülmecit döneminde Ayasofya büyük bir onarım gördü. İsviçreli Mimar Gaspar Fossati’nin denetimi altında yapılan çalışmalarda (1847-1849) büyük kubbe demir çemberlerle sağlamlaştırıldığı gibi tehlikeli bir şekilde eğilen 13 sütun da bu arada doğrultuldu. Mihrap, minber ve mahfiller restore edildi, sıvalar ile kurşun kaplamaların bazıları yenilendi, eski hünkâr mahfiline bugünkü yeni şekli verildi. Fossati, ayrıca mozaiklerle de ilgilenip bunları temizleme işlerine girişti figürlü olanların üzerini ise tekrar sıva ile örttü, binanın herhangi bir yangından zarar görmemesi için çevredeki ahşap evleri yıktırdı. Sadrazam Mustafa Reşit Paşa’nın yakın ilgisi ve direktifleriyle yapılan bu onarımlar için 200.000 altın lira sarfolunduğu söylenir. Bu tamir vesilesiyle binanın caddeye açılan kapısı üstüne Abdülmecit’in tuğrası ile beraber bir de mermer kitabe konulmuş ayrıca bu amaçla altın, bakır, gümüş hatıra madalyaları bastırılmıştır.