За типом Софійський собор у Києві – це п'ятинефний хрестовокупольний храм із хрещатим підбанним простором та анфіладами бокових нефів, що його оточують.

З трьох боків Софійський собор оточують два ряди відкритих галерей – двоповерхова внутрішня й одноповерхова зовнішня, утворена рядами підпружних піварок-аркбутанів. Згодом, очевидно у ХІІ-ХІІІ ст., зовнішнє галерею було надбудовано. Із заходу до собору, між зовнішніми галереями, прибудовано дві вежі, в яких широкі сходи вели на другий поверх – „полаті”. Дуже цікаві дві світлі зали на другому поверсі, які призначалися для князя та його почету.

Головний архітектурний ефект споруду полягає в її складній і разом з тим надзвичайно гармонійній композиції. Відкриті арки галерей неначе зв’язують споруду з довколишнім середовищем. Їх ритм пов’язаний із декоративними нішами, що прикрашають фасади, напівциркульними арками вікон, дверних пройомів і, нарешті, завершеннями куполів. Складність композиції нарощується знизу вгору й з краю в центр. Собор завершується тринадцятьма главами, з яких головна, найбільше оздоблених, - центр усього художнього задуму споруди.

Композиція Київської Софії має динамічний характер не тільки зовні, де він підкреслюється ритмом різномасштабних елементів, а й усередині, де численні, трохи затемнені аркові анфілади контрастують з високим і світлим під банним простором. Значну роль у композиції центрального простору відіграють урочисті трифоріуми з потрійними аркадами, якими завершується рукави архітектурно-просторового хреста.

В архітектурно-художньому задумі собору виняткову роль відіграє синтез мистецтв. Мозаїки та фрески багатокольоровою гамою вкривають стіни, стовпи, склепіння, арки й куполи собору. Барвисті зображення й орнаменти з блискучим золотим тлом мозаїк у центральній частині храму вдало поєднуються з легкими тонами фрескового розпису, що прикрашає боки центральної частини, бічні нефи, галереї, приміщення другого поверху й башти собору. Художній ефект підсилюють барвисті килими мозаїчних підлог, різьблені мармурові окраси перед вівтарної перегорожі, мармурові пороги та довірки отворів, різьблені шиферні плити, що оздоблюють парапети другого поверху.

Архітектурно-художній образ Софійського собору вражає своєю досконалістю й не поступається перед найвидатнішими тогочасними спорудами світу.

Цікаво відзначити одну особливість Софійського собору. За розмірами він не такий уже й великий. Проте винятково вдала композиція різномасштабних елементів створює враження грандіозності споруди.

Імена будівничих Київської Софії невідомі. Але майстри, що будували Софійський собор у Новгороді, залишили своє автографи на стіні башти. Це були Крол, Ніжко та Якимя. Не виключена можливість, що вони приїхали в Новгород з групою майстрів, які щойно закінчили будувати Київську Софію.

Київський Софійський собор став зразком ще для двох видатних давньоруських будівель: Софійського собору в Полоцьку (1044-1066 рр.) та Софійського собору в Новгороді (1045-1052 рр.). Незважаючи на багато самобутніх рис, в них ясно простежується київський прототип. Обидві споруди в дальнішому мали величезний вплив на розвиток архітектури в північних і західних руських землях.

У Софійському соборі мозаїки прикрашали лише центральну частину споруди, передусім вівтар. Інтер’єр оздоблювали головним чином фресками, які не потребували дорогих матеріалів, були простішими у виконанні і разом з тим справляли величезний художній ефект.

Стилістично фресковий розпис Київської Софії близький до мозаїк, усі майстри працювали за єдиним художнім задумом і, мабуть, серед них були такі, що могли виконувати мозаїки, і фрески.

Складання програми розпису фресок та мозаїк було відповідним завданням. По-перше, враховувалися вимоги замовника, який часто сам безпосередньо брав участь в обговоренні композицій. По-друге, тут діяли церковні канони й правила, від яких відступити було неможливо, по-третє, ця програма розробляла, художні проблеми і, головне, композицію розпису в цілому. Побутує думка, що роботою по складанню програми розписів київського Софійського собору керував просвітер князівської церкви при Берестовському палаці, а згодом – київський митрополит Іларіон, який був довіреною людиною Ярослава Мудрого.

У Софійському соборі, було здійснено три цикли зображень: перший, що трактує євангельські легенди, другий – біблійні легенди і третій – житійний, присвячений головним чином „чудесами” покровителів князівського роду – святим Георгію, Ганні та архангелів Михаїлу.

Розпис Київської Софії читається зліва направо і зверху вниз, як книга. На склепіннях собору були зображені сцени з легендарного життя Христа: „Різдво,” „Стрітення”, „Преображення” та інші, які до наших днів не дійшли. Під склепінням, в за коморах, збереглися сцени з пізніших євангельських подій: „Суд над Христом”, „Розп’яття” тощо. Нижче, на стінах, - сцени з євангельських легенд після „воскресіння” Христа: „Зішестя в пекло”, „Увірування Фоми” та інші. З цього циклу найцікавіша композиція „Послання учнів на проповідь”, що натякає на недавнє прийняття християнства на Русі. Всі постаті композиції виконано приблизно в одному масштабі, лише Христос більший за інші. Композиції майстерно вписані в площині півциркульних закомар та ділянки стін. Фрески виконували першокласні досвідчені митці, про що свідчать чіткий рисунок, стримана, але тонко підібрана гама.

В оздобленні давньоруських храмів Х-ХІ ст. значну роль відіграє різьбярство. Давньоруські скульптори – „камяносечці”, розробляли орнаментальний рельєф, архітектурні деталі та оздоби, що прикрашали християнські храми й князівські палаци. В цих видах оздоблення давньоруські майстри досягли високої досконалості.

Для різьбленого оздоблення монументальних споруд у Київській Русі вживали два матеріали – мармур та рожевий шифер. Мармуру на Русі не було, його привозили здебільшого