Церковь Айя София находится в двух кварталах от храма Панагии Ахиропиетос, ближе к берегу, на пересечении улиц Айя София и Ерму. Это, конечно, не та знаменитая Святая София Константинопольская, что была славой и венцом Византии, а теперь является музеем и мечетью в современном городе Стамбуле, но, как говорят исследователи, Святая София в Салониках была построена в тот же период (527—565 гг.). Первоначальный храм был разрушен ужасным землетрясением 620 года, а нынешнее здание существует с середины седьмого века. Наличие множества общих архитектурных деталей, как в первоначальном варианте, так и в восстановленной в седьмом веке постройке, свидетельствует о том, что храм в Салониках создавался по образцу Константинопольского. В любом случае, первоначальный храм был возведен спустя какое-то время после Первого Вселенского Собора 325 года, на котором был принят догмат о божественности Христа. Еще Ветхий Завет говорит о Нем как о «Премудрости Божией, через Которую был сотворен мир» («Премудрость» по-гречески София).

Храм построен по плану купольной базилики. Самая древняя мозаика (середины восьмого века) находится на алтарном своде. На ней изображен большой крест, вписанный в окружность из звезд и монограмм благодетелей и ктиторов храма, Императора Константина VI (780—797), его матери Ирины и митрополита Феофила Солунского. Гигантский купол покрыт великолепной мозаикой девятого века, изображающей Вознесение Господне, а апсида алтаря — столь же прекрасной мозаикой двенадцатого века «Богородица на Престоле». Со времени падения Салоник и до 1912 года оттоманские захватчики использовали здание этой церкви как мечеть. В нартексе покоятся моши святителя Василия Нового из Салоник, исповедника X века.