Günümüzde;müze olarak kullanılmakta olan Trabzon Ayasofya Kilisesi,Trabzon İmparatorluğu krallarından 1. Manuel Komnenos zamanında (1238-1263) inşa edilmiştir. İngiliz seyyah ve araştırmacısı G.Finlay tarafından 1427 yılına tarihlenen Çan Kulesi,kilisenin batısında yer almaktadır.Kilisenin kuzeyinde yer alan,üç apsisli şapel kalıntısı ise daha erken bir döneme aittir. 
Fatih Sultan Mehmet'in,Trabzon'u fethini takiben yapı camiye çevrilmiş ve vakıf eser olmuştur.Ayasofya,yüzyıllar boyunca şehri ziyarete gelen seyyah ve araştırmacıların ilgisini çekmiştir.Trabzon üzerine anlattıkları ile ünlü Evliya Çelebi (1648),Pitton de Tournefort (1701),Hamilton (1836), Texier (1864),Trabzon Şakir Şevket (1878) ve Lynch (1893) yapıya önem veren kişiler arasındadır. 
1864 yılında harap durumda olan camiinin Bursalı Rıza Efendi'nin teşvikleri ile yeni baştan onarıldığı bilinmektedir.I. Dünya Savaşı yıllarında sırası ile depo,hastane,daha sonraları yine camii olarak kullanılmıştır.1958-1962 yılları arasında Vakıflar Genel Müdürlüğü ve Edinburg Üniversitesi'nin işbirliği ile restore edilerek 1964 yılında da müze olarak ziyarete açılmıştır. 
Geç Bizans kiliselerinin güzel bir örneği olan yapı,kare-haç plânlıdır ve yüksek bir merkezi kubbeye sahiptir.Narteks denilen giriş holüne sahip olan bina üç neflidir.Neflerden ortadaki beş köşeli,yanlardakiler ise yuvarlak birer apsisle son bulmaktadır.Narteksin üzerinde şapel vardır. 
Yapının kuzey,batı ve güneyinde üç revaklı giriş bulunmaktadır. 
Kubbe ve kasnağı oniki köşelidir.Kubbenin yükünü mono blok dört mermer sütûn,kemerler ve pandantifler taşımaktadır.Yapı ana kubbenin etrafında değişik tonozlarla örtülmüş,çatı farklı yükseklikler verilerek kiremitle kaplanmıştır. 
Üstün bir işçiliğin görüldüğü taş plâstiklerde,hrıstiyan sanatının yanı sıra Selçuklu Dönemi islâm sanatının da etkileri görülmektedir.Kuzey ve batıdaki revak cephelerinde görülen geometrik geçmeli bezemeleri içeren madalyonlarla, batı cephede görülen mukarnaslı nişler,Selçuklu taş işlemelerindeki özellikleri taşımaktadır. 
Binanın en görkemli cephesi güneyidir.Burada,Adem ile Havva'nın yaratılışı kabartma olarak bir friz halinde anlatılmıştır: 
Güney cephesindeki kemerin kilittaşı üzerinde Trabzon'da 257 yıl hüküm süren,Komnenosların sembolü olan tekbaşlı kartal motifi bulunmaktadır.Benzer bir kartal tasviri olan ana apsisin dışında doğu tarafta yer alır.Bu cephede,kentaur grifon gibi karışık varlıklar,güvercinler,merkezlerinde yıldız ve hilâl bulunan kare panolar,içleri bitkisel motifli madalyonlar yer almaktadır. 
Yapının ana kubbesinin altına rastlayan kısmında opus-sectile tarzında,çok renkli mermerden yapılmış bir yer mozaiği bulunmaktadır. 
Ayasofya'nın süslemelerinin önemli bölümünü meydana getiren fresklerde,İncil'den alınmış konular canlandırılmıştır. Kubbede ana tasvir Hz.İsa'nın Tanrısal yönünü aksettiren Pantacrator İsa'dır.Bunun altında bir kitabe kuşağı,daha altta ise melekler frizi bulunur.Pencere aralarında Oniki Havari tasvir edilmiştir.Pandantiflerde değişik kompozisyonlar yer almaktadır.İsa'nın doğumu,vaftizi,çarmıha gerilişi,kıyamet günü gibi sahneler betimlenmiştir. 
Binanın ana kemerleri üzerindeki dairesel madalyonlarda portrelere yer verilmiştir.Yapının tonozlarında da İncil'den alınmış dini sahneler canlandırılmıştır. 
Apsiste Hz.Meryem kucağında İsa ve yanlarında iki melek figürü ile tasvir edilmiştir...