Хотя София выстроена и в столичном пятинефном варианте крестово-купольного типа, но вместе с тем она построена по системе простой крестово-купольной церкви, т. е. ее апсиды примыкают непосредственно к под купольному делению и боковым ветвям креста, так что общие очертания плана не квадратные, как в Константинополе, а несколько растянуты вширь, причем перед алтарной преградой образуется латитудинальное пространство из боковых ветвей креста и под купольного квадрата.
В киевской Софии выделена композиция наружных масс. Но ее наружная композиция сильно отличается от других византийских построек. Наружные стены Софии имеют сравнительно небольшие отверстия, благодаря чему наружный блок был очень замкнутым. Первоначальная София теперь сильно застроена, но хорошо сохранилась.
Ее наружные массы от периферии к центру поднимаются ступенями, начиная с открытой наружной галереи на столбах, доходившей до половины высоты наружных стен, и продолжая все возвышающимися к центру апсидами, завершенными куполами, которых в здании первоначально было тринадцать. Такого количества куполов "е знала, византийская архитектура.
Общая пирамидальная наружная форма Софии и возвышающиеся к центру ступени производят впечатление нарастания масс от низкой галереи к господствующему над ними главному барабану. В русской архитектуре XI века известно пять пятинефных крестово купольных зданий: три в Киеве, одно в Полоцке и одно в Новгороде; все остальные - трехнефные крестово-купольные церкви, причем трехнефная форма культового здания господствует в русской монументальной архитектуре до конца XVII века.