VI. yüzyılda,İmparator Lustinianus zamanında inşa edilmiştir.
Yapı atrium,narteks,üç nefli naos ve apsisten oluşmaktadır. Malzeme ve mimarisi ile tipik bir Bizans yapısıdır.
1453 yılında,İstanbul'un fethinden sonra,kilise camiye çevrilmediği için yapıda önemli bir değişiklik yapılmamıştır. Uzun süre ganimet ve silâh deposu olarak kullanılmıştır. Tophane müşirlerinden,Damat Ahmet Fethi Paşa 1846 yılında Türk müzesinin ilk nüvesini oluşturan eserleri burada sergilenmiştir.1869 yılında Aya İrini,Müze-i Hümayun (İmparatorluk Müzesi) adını almıştır.
Zamanla,sergi mekânlarının yetersiz kalması nedeniyle buradaki eserler,1875 yılında Çinili Köşk'e taşınmıştır.1908 tarihinden itibaren Aya İrini Askeri Müze olarak kullanılmıştır...
1974-76 yılları arasında yapılan çalışmalarda nemden arındırmak amacıyla çevresindeki toprak dolguları kaldırılmıştır.1973'ten beri başta İKSV bünyesinde olmak üzere,birçok sanat etkinliğine ev sahipliği yapmaktadır...