直到查士丁尼在位时，希腊、罗马、东方和基督徒的特质才完全融于拜占庭艺术中。尼卡（Nika）的反叛，使查士丁尼跟尼禄王一样，得到了重建都城的机会。群众在获得短暂的自由的狂喜之中，烧毁元老院、宙克西帕斯的浴堂、奥古斯都回廊、皇宫的一个侧厢，及圣索菲亚——大主教的大教堂。查士丁尼本可于一两年内使这些建筑恢复原貌，他却决心花费更多的时间、金钱、人力使他的首都比罗马城更美，同时他决定盖一座使全世界的高大建筑黯然失色的大教堂。他随即着手拟定历史上最具野心的建筑计划：整个帝国充斥着堡垒、皇宫、修道院、教堂、回廊和门。他在君士坦丁堡城用白色的大理石重建元老院，用五颜六色的大理石重建宙克西帕斯城的大浴室，在奥古斯都城建大理石的回廊和公众散步的广场，利用一条新的导水管把清水引进城里，这条导水管可与全意大利境内最好的导水管媲美。他把自己的皇宫布置得集富丽与奢侈之大成：地板与墙壁全由大理石铺设，天花板上镶嵌的灿烂图案讲述着他从政以来的杰出政绩，“以欢欣的心情”向元老们显示他“赐予自己神明一般的帝王荣誉”。在卡尔西登城附近和博斯普鲁斯海峡彼岸建筑了御用的赫里昂（Herion）别墅，作为狄奥多拉及其宫廷夏季避暑胜地，包括专用港口、市场与集会场所、教堂与浴室。
在尼卡叛变敉平40天后，他就着手新的圣索菲亚教堂建筑工程——并非献给一个名叫索菲亚的圣人，而是献给Hagia Sophia——也就是上帝本身的圣智或创造性的真理。他从小亚细亚的特拉勒斯（Tralles）城和伊奥尼亚的米利都城分别召集来安特弥乌斯和伊西多这两位当时最负盛名的建筑师设计和监督这项工程。他们放弃了传统的大厦形式，想出了一种式样，使房屋的中央不再是倚在墙上，而是依附在窗间壁上的巨型圆顶，两面扶壁各支撑着半个圆顶。这项工程动用1万名工人，耗资32万磅黄金，用尽了国库的储备。省级长官依指示献上古代宝物中最杰出的部分给这个新的圣地，从十几个地区进口十几种不同种类、不同颜色的大理石，大批的金、银、象牙、宝石都送来作装饰之用。查士丁尼自己也忙着参与设计与施工的工作，而且（据他那个受人轻视的马屁精说）对技术问题的解决还出过不少力气。他身穿白麻布衣，手持拐杖，头包围巾，夜以继日奔波在工地上，督促工人在期限内完工。5年10个月后这座新建筑完工。537年12月26日，查士丁尼皇帝和梅纳斯（Menas）大主教，率领着参加落成典礼的庄严队伍，步入这个金碧辉煌的大教堂。查士丁尼走上教坛，伸举双手，高呼道：“荣耀归属上帝，他的教诲使我完成如此伟大的工程！哦！所罗门王呀，我已胜过了你！”
这座大教堂的正面是一个250英尺长、225英尺宽的希腊式十字架，十字架四个末端的顶上都各盖着一个小圆顶，中间的圆顶则置于十字交叉处正方形（长宽各为100英尺）的顶上，这个圆顶的顶点离地180英尺，直径100英尺——较罗马城里万神殿的圆顶直径小32英尺。万神殿的那个圆顶是预先做成一整块，而圣索菲亚的圆顶则由30块辐辏的砖质嵌板所组成——因此承受的重力小了许多。558年的一次地震，使中央的圆顶有一半震裂掉入教堂里。伊西多的儿子继承其父遗志，重建该圆顶，加强其支撑力，并把该圆顶加高25英尺。支架上的裂缝使我们担心这个圆顶旦不保夕。这个圆顶之所以出名，不是因其体积大，而是其支撑方式与众不同：这个圆顶并不是像万神殿的圆顶一样，置于圆形的结构之上，而是在圆形的边缘和方形的基柱之间加上三角穹隆和拱门。这个圆顶空前圆满地解决了这一建筑学难题。普罗科匹乌斯描述这个圆顶，并说它是“一项令人羡慕，令人震惊的工程……似乎不是覆于底下的砖石之上，而像是被悬挂在高空的一条金链钩住似的”。
这个大教堂的内部集明亮的装饰之大成。五颜六色的大理石——白的、绿的、红的、黄的、紫的、金黄的——使地板、墙壁，还有两层楼高的廊柱都像是花园一般。细致的石刻使柱头、拱门、三角拱腹、花边、飞檐等处覆满了的莨菪与葡萄叶形的古典装饰。空前多的、无比华丽的细镶嵌从墙壁和穹隆直往下延伸。40支吊灯均匀地吊在圆顶的边缘，使这个教堂有如装了许多扇窗子一样明亮。长的本堂与走道，中心圆顶底下无柱子支撑的空间，都使人有空间阔大的感觉。各半圆形室前面银质栏杆镶有金属花边，上层厅廊也有铁栏杆。教坛镶着象牙、银和珍贵的玉石。大主教的宝座以纯银制成。祭坛上悬挂丝与金混织的窗帘，窗帘上绘有皇帝与皇后接受基督与玛利亚祝福的形象。金色的祭坛更是用罕见的珍贵大理石制成，上面放置金质和银质圣器。这种浪费国家财富的装饰可令查士丁尼早于莫卧儿大汗夸下海口——说他们已盖起巨人才能盖得起的建筑，更像珠宝商人一样为这些建筑加上装饰。土耳其人在1453年占领君士坦丁堡之后，因为痛恨这些“刻像”是偶像崇拜，而在圣索菲亚的镶嵌细工上涂以灰泥。这些身为征服者的土耳其人，以赎罪的心情加盖了四个极优美的清真寺尖塔，这些尖塔和原有的那些有圆顶的建筑物配合起来极为调和。
圣索菲亚真可说是拜占庭式建筑的开山之作与最高峰。各地的人都管它叫大教堂，连抱着怀疑态度的普罗科匹乌斯提到它时也甚感惊讶：“当你走进这建筑里面祈祷时，你会觉得这项工程非人力所能及……飘向天空的灵魂会体验到上帝就在你身边的感觉，而且你会觉得他也喜欢这个被选定的家。”
