Храм присвячено Софії — Премудрості Божій — одній з найскладніших абстрактних категорій християнського богослів'я, що має багато тлумачень. За апостолом Павлом, Софії символічно відповідає іпостась Христа — втіленого Слова Божого. Пізніше, коли поширилося ототожнення Софії з Божою Матір'ю, храмове свято київського собору перенесли на 8 (21) вересня — день Різдва Богородиці. Художній образ Софійського собору мав втілити багатогранний зміст, вкладений у цей символ. Це пояснює його грандіозні розміри та надзвичайно ускладнена структура; інтер'єр Софії відтворює середньовічну модель Всесвіту, зовнішній вигляд — образ Граду Божого — Небесного Єрусалима.
Київський Софійський собор був однією з найбільших будівель свого часу. Загальна ширина храму — 54,6 м, довжина — 41,7 м, висота до зеніту центральної бані — 28,6 м. Собор має 5 нав, завершених на сході апсидами. Увінчаний 13 верхами з банями, покритими свинцевими листами, що утворюють ступінчастий пірамідальний силует, оточений з трьох боків двома рядами відкритих галерей, з яких внутрішній має два яруси. Довгий час вважали, що галереї прибудовані до собору пізніше; дослідження останнього часу довели, що вони пов'язані єдиним задумом, виникли водночас. Хрестильня, вбудована у західну галерею, належить до середини XII ст.
Стіни викладені з великих природних каменів — граніту й рожевого кварциту, ряди яких розділені рядами пласкої цегли — плінфи. Мурування виконували на рожевому вапняно-цем'янковому розчині. Первісно собор не був зовні потинькований і побілений.