Площадь мозаичных украшений, всплошную покрывавших центральное подкупольное пространство и главный алтарь, составляла около 640 м2, до нас же в различной степени сохранности дошли 260 м2. Под изображением Марии-Оранты находится мозаика «Евхаристия» («Причастие апостолов»), хорошо сохранилась главная купольная мозаика «Христос Пантократор» («Вседержитель»). Они позволяют увидеть во всей красе мастерство древнерусских зодчих. К сожалению, другие мозаичные изображения, среди которых «Святительский чин», «Встреча Марии и Елизаветы», «Жертвоприношение Авраама», «Дети Ярослава Мудрого», изображения апостола Павла, святого Григория Богослова, дошли до нас в гораздо худшем состоянии.
Всего для мозаичных изображений Софийского собора использовано более 9 миллионов кубиков смальты. Долгое время считалось, что смальту для отделки Софийского собора привозили из Византии. Однако во время археологических раскопок на киевском Подоле были найдены остатки мастерской по производству самой смальты и изделий из нее. Так что скорее всего материал для мозаик производился совсем недалеко от Софийского собора.
Софийский собор был свидетелем многих эпохальных событий в истории страны. Менялись поколения, а Святая София продолжала возвышаться над Киевом. И не всегда люди, приходившие к храму, имели добрые намерения. Для кого-то Софийский собор был святыней, а кто-то, не боясь ни Божьего гнева, ни людского, стремился разрушить древний храм.
Первым «постарался» суздальский князь Андрей Боголюбский, дружинники которого во время набега на Киев в 1169 году нанесли серьезный вред Софийскому собору. Крупный пожар 1180 года уничтожил все деревянные строения вокруг храма, пострадало и здание самого храма. А в 1240 году на Киевскую Русь пришли орды хана Батыя.
«Взяша же татарове град Киев месяца в 6 день… и Святую Софью разграбиша и монастыри все… а град Киев огнем и монастыре все запалиша», — так о татарском нашествии сообщает «Лаврентьевская летопись». Киев лежал в руинах, и «город Владимира», и «город Ярослава» были практически полностью снесены с лица земли. Однако Софийскому собору, можно сказать, повезло — он хоть и был полностью разграблен, однако серьезным разрушениям не подвергся. И все же после этого для Софии Киевской наступили времена упадка. После татар были крымские ханы, литовские князья, времена униатства. Путешественники XV–XVI веков, побывавшие в Киеве, свидетельствовали о крайнем запустении Софийского собора, некоторое время здание стояло без крыши, что, естественно, пагубно сказывалось на мозаике и фресковой росписи. Лишь после того, как митрополит Петр Могила отобрал Софию у униатов и организовал при соборе мужской монастырь, София Киевская постепенно начала восстанавливать свое былое величие.
До середины XVII века внешний вид Софийского собора практически не изменялся, архитектурный облик храма оставался почти таким же, каким он был в XI столетии. Правда, само здание находилось в плачевном состоянии. В 1633–1647 годах после нескольких столетий упадка была предпринята первая попытка восстановления Софийского собора. В здании был произведен ремонт, заменена прохудившаяся крыша, настелены новые керамические полы, сооружен богато оформленный иконостас.
В 1697 году большой пожар уничтожил все деревянные здания Софийского монастыря. После этого печального события в Софии Киевской были начаты капитальные восстановительные работы. В это время возвели Софийскую трехъярусную колокольню (четвертый ярус был достроен в 1852 году) — еще один уникальный памятник архитектуры, находящийся на территории Софийского монастыря. Серьезной перестройке подверглось и здание Софийского собора, приобретя характерные для того времени черты украинского барокко.
В 1722–1730 годах на территории Софийского монастыря была построена трапезная, которая спустя столетие была реконструирована в так называемую Теплую, или Малую Софию, а также пекарня, в здании которой позже размещалась консистория (епархиальное управление). Во время реставрационных работ середины XIX века Софийский собор получил новую крышу и позолоченные купола, а также чугунные полы. В конце XIX века была осуществлена последняя дореволюционная перестройка Софийского собора — был серьезно реконструирован западный фасад здания.
В советское время о Софийском соборе было написано немало книг и статей. И в каждой из них можно встретить фразу примерно следующего содержания: «В 1934 году решением советского правительства комплекс сооружений объявлен Государственным архитектурно-историческим заповедником и охраняется государством. София Киевская начала служить делу эстетического и патриотического воспитания трудящихся, делу пропаганды культурного наследия советского народа». Но ни в одной книге не сказано, что происходило вокруг Софийского собора до 1934 года, в первые семнадцать лет советской власти. А между тем события развивались очень драматичным образом, судьба Софии Киевской буквально висела на волоске.