Ayasofya 4.yüzyılda bazilika tipinde inşa edilmiş bir kilisedir. Yapı ikonoklastik dönemde (726-842), 11 Ekim 787 tarihinde İznik'te toplanan 7. Ruhani Konsil'le anılır. İkonoklastik dönemde dinsel konuların figüratif işlenişi yasaklanmış, sembolizm etkili olmuştur. İmparatoriçe Eirene tarafından resmi yeniden sevdirmek için düzenlenen bu dini toplantı, tarihe 2. İznik Konsili olarak geçmiştir. 11. yüzyıldaki depremden sonra, mimarisinde önemli bir değişiklik yapılarak nefler payelerle sınırlandırılmıştır.

1331'den sonra Orhan Gazi tarafından camiye dönüştürülmüştür. Kanuni Sultan Süleyman (1520-1566) zamanında, Mimar Sinan tarafından bir mihrap ilave edilerek, yan neflerde büyük kemer açıklıkları oluşturulmuştur.

Yapı Bizans Dönemine ait bazı fresko ve mozaik kalıntıları içerir. Freskolar, postoforium odalarının kubbe ve duvarlarında, ayrıca yan nef duvarındaki mezarın üzerindedir. Mezarın üzerindeki fresk; Meryem, Hz. İsa ve Johannes tasvirlerini içerir. Döşeme mozaiği (11.yüzyıl) renkli taşların belirli geometrik şekillere göre kesilmesi ve geçmeli bir desenle birleştirilmesi suretiyle meydana getirilmiş bir yer süslemesi olup orta nefte yer alır.

Osmanlı Dönemine ait bezemeler ise güneyde yer alan kemer başlangıcındaki kalem işi yazı, bitkisel motiflerle süslü şerit ve iç mihraptaki küçük bir zencerek motifli alçı kalıntısıdır. Bu eski Ayasofya Kilisesi (camii) günümüzde anıt-müze olarak ziyarete açıktır.

Müze Seksiyonları

Müze seksiyonlarında, 2000'i aşkın arkeolojik eser, 300 sikke, 500 İznik çinisi ve seramiği ile 150 adet etnografik eser sergilenmektedir.
Teşhirde yer alan eserlerin %98'i İznik ve çevresinden elde edilen ve bilimsel kazılardan (Ilıpınar Höyük kazısı, İznik Çini Fırınları Kazısı, Menteşe Höyük Kazısı, İznik Tiyatro Kazısı)  ele geçen buluntulardır.

Müze bahçesinde; Roma, Bizans, Osmanlı Dönemi eserleri sergilenmiştir. Bu eserler, sütun başlıkları, lahitler, kabartmalar, korkuluk levhaları, ambonlar, steller, yazıtlar, çörtenler, kuyu bilezikleri ve İslâmî mezar taşlarından oluşmaktadır.

Kapalı teşhirde ise, arkeolojik, etnografik, sikke ve İznik çinileri sergilenmektedir.

Ana bölümde sergilenen arkeolojik eserler Prehistorikten (tarih öncesi) Bizans Dönemi sonuna kadar olan döneme aittir. Yine aynı bölümdeki sikke seksiyonunda Arkaik Dönemden (M.Ö. 7. yüzyıl), Osmanlı Dönemi sonuna kadar (1923) basılmış örnekleri, etnografik seksiyonda ise yörenin yakın geçmişteki örf adetlerini, kültürel ve sosyal yapısını yansıtan örnekler yer almaktadır.

İznik Keramik ve Çini Seksiyonları

Yapıldıkları dönemde geniş kullanım alanı bulan, İznik'te üretilen 15-17.yy'lara ait eşsiz çini buluntuları ve 11-14.yy larda yine İznik'te üretilen İznik keramikleri teşhir edilmektedir.