Съществува мнение, че храм "Света София" днес е най-старият действащ православен храм в света.

Втората църква била по-голяма, трикорабна - от север и от юг бил прибавен по един допълнителен кораб - като разширение на първата църква. Те обхващали отстрани апсидата - начин на строеж, характерен за църквите в Сирия. Прибавен бил и триделен притвор, двуетажен, с кули отстрани.

Третият храм е запазил плана на предишния. От тази сграда са: част от основите на северния кораб, тези на притвора и част от южния кораб.

Неин може би е и къс от мозайка с преобладаващи геометрични фигури, експониран в днешния южен кораб. Църквата е разрушена от хуните - 447 Г., или от остготите - 473-488 г. Открити са следи от строеж и на четвърти храм, от който е оцеляла къс зидария под апсидата и къс мозаична настилка в предапсидното пространство.

Петата сграда на "Св. София" е била трикорабна базилика. Според изследователи нейната архитектурата е преход между византийски и романски стил - съчетавала е особености на източните и на западните раннохристиянски църкви. Напречен кораб (трансепт) е пресичал главния и оформял латински кръст, увенчан с купол. Апсидата отвън е била тристенна, отвътре олтарът е бил разширен благодарение на издължаването на централния кораб. Страничните кораби са били двуетажни, с емпории (балкони).

Отстрани на триетажния притвор с три входа са се издигали кули със стълби към горните етажи, които служели и за наблюдателници. Вероятно след преправка през Средновековието страничните кораби са оставени едноетажни - стигнало се е до т. нар. базиликално осветление от многобройни прозорци, които предавали изящество и лекота на фасадата. Именно тази базилика е послужила до голяма степен за модел на днешната реконструирана сграда на църквата.