У барабані центрального купола на простінках між вікнами було зображено, мозаїкою, дванадцять апостолів на весь зріст. До цього часу збереглось мозаїчне зображення XI століття апостола Павла (верхня частина до грудей), останні одинадцять написів олійними фарбами в XIX столітті. Апостола Павла зображено у фронтальній позі (висота фігури близько 3,5 метрів). Тут прекрасно поєднують блакитнуваті і зеленувато-світлі тони з інтенсивно червоним кольором євангелія, яке він тримає в лівій руці. Апостоли, які проповідували євангеліє і поширювали християнське вчення у всьому світі, зображені в барабані.

При переході від купола до центральної частини будови у парусах було зображено чотири євангелісти. З них збереглося лише зображення євангеліста Марка (висота 1.64 метра).

На чотирьох центральних пружних арках, що несуть головний купол, на тягах (нижній бік арок) відтворено в медальйоні сорок севайстійських мучеників (по десять на кожній арці). Збереглось лише одинадцять мозаїчних медальйонів.

Над чотирма попружними арками розташовані чотири попружні медальйони з напівфігурами. Зберігся лише медальйон над східною аркою, де зображений Христос-священик (діаметр медальйона 1,16 метрів). Медальйон над західною частиною арки із зображенням богоматері зберігся частково.

На двох стовпах східної попружної арки знаходиться мозаїчна композиція “Благовіщення”. Вона поділена на дві частини, на північно-східному стовпі зображений архангел Гавреїл, на південно-східному – діва Марія. Марія стоїть на підніжжі у прекрасному одязі синього тону, в руках у неї нитка червоної пряжі. Архангела Гавреїла зображено в експресивному русі до Марії.

Над аркою центральної апсиди в трьох медальйонах мозаїчна сцена “Деісус” (моління) зображує богоматір та Іоанна Предтечу в молитовних позах перед Христом.

У напів-купольному склепінні (консі) головного вівтаря вміщено одне з наймонументальніших і найвеличніших мозаїчних зображень XI століття – богоматір у молитовній позі, так звана Марія Оранта. Одягнена вона в синій хітон, вверх якого напнений пурпуровий мафорій, за червоним поясом – біла хусточка, розшита золотом, на ногах яскраво-червоні гобітки. Стоїть вона на килимі прикрашеним дорогоцінним камінням.

Під зображенням Оранти вузький мармуровий карниз, що оточує весь вівтарний півкруг, вверх карнизу тягнеться бордюр сріблясто-чорного мозаїчного арабеска суто геометричного типу, а нижче карниза – інший мозаїчний строкатий квітково-листяний орнамент із яскраво-синім, червоним, білим, зеленим і жовтими фарбами на золотому фоні.

Нижче цих орнаментів, у другому фризі головного вівтаря, розміщене мозаїчне зображення XI століття “Євхаристія”.

Уся композиція розгорнена на площині. Апостоли, розміщені в одноманітних симетричних позах.

Під “Євхаристією”, на вівтарному півколі, розташовано мозаїчний орнамент XI століття – на синьому тлі зображені зелені ромби й квадрати, в які вписано золоті христи різних форм.

Нижче йде третя композиція XI століття, що зображує “Святительний чин”. Нажаль ця художня композиція збереглась не повністю, уціліли лише верхні частини фігур восьми святителів і двох архидяків.

Всі фігури розміщено на вівтарному півколі у фронтальних позах, і створюється враження немов вони звернені один до одного і ведуть зосереджену тиху бесіду.

Сприйняття багатства колористичної гами Софійських мозаїк залежить від освітлення інтер’єра.

Набираючи мозаїку з окремих кубиків смальти, майстри укладали їх під різним кутом нахилу, а хисткі проміні світла, які потрапляли на поверхню мозаїчних зображень, відбивалися і мозаїки ніби іскрилися, мерехтіли, створюючи дивну симфонію фарб.

Мозаїкою у софійському соборі були прикрашені не лише під купольні простори і головний вівтар, але стоколь стін і підлогу.

Археологічними розкопками в Софії Київській виявлені фрагменти давніх підлог XI століття. Це були мозаїчні підлоги зі складним килимовим малюнком, інкрустованим різнокольоровою трикутною, квадратною і прямокутною смальтою по червоних шиферних плитах.

Фресковий розпис Софії Київської складався із багатофігурних композицій, поодиноких зображень, орнаменту й панелей. Він займав понад 5 тис. кв. метрів. Уціліло понад 2 тис. кв. метрів фрескового розпису XI століття в оригіналі.

Техніка фрескового розпису заклечалася в, тому що зображення виконувалось на стіні по тонкому шару вапняної штукатурки мінеральними фарбами, розведені вапняною або чистою водою.

Ознакою фрескової техніки служить сполучні шви денної роботи і слід відтиснення спичаком контуру малюнка в сірій штукатурці. У Києві в X-XI століттях фрески застосовувались як в оздоблені церков, так і палацових споруд, що було характерним для візантійських художніх шкіл. За своїм змістом і розподілом окремих сюжетів у храмі фрескові розписи підпорядковувались суровим правилам. На стінах центрального рівно кінцевого хреста собору розміщувались фрескові композиції із хрестологічного циклу в три ряди.

Епізоди євангельської історії розташовуються за принципом колового руху з ліва на право і з верху в низ і “читаються” як книга.

На північному, західному і південному склепіннях центрального хреста були зображені найбільш рані епізоди з євангельського оповідання, нині втрачені.

На північній стіні три прогінної двохярусної аркади, у верхньому поясі розміщено дві сцени з циклу “страстей” – “Христос перед Каїафою” і “Зречення Петра”. На південній стіні подано “Розп’яття”. Далі йде євангельське оповідання із циклу “воскресіння”, на північній стіні три прогінної аркади в нижньому поясі дві композиції – “Сошесття Хреста в пекло” і “Видіння Христа жінкам – мироносицям”, на південний “Невір’я Фоми” і ‘Послання апостолів на проповідь”, на західній стіні трансепта – “Сошесття святого Духа”. Останні дві сцени акцентують увагу на розповсюджені християнського вчення і пов’язані з утворенням і поширенням християнської віри на Русі.

Цілком своєрідно, на відміну від установлених у Візантії канонів, були прикрашені