Gdy w 1453 roku Hagia Sophia została przekształcona w meczet, dodano do jej architektury wysokie minarety i liczne mauzolea otaczające budynek.

W 1453 roku Turcy osmańscy zdobyli Konstantynopol, a sułtan Mehmed II udał się do Hagii Sophii na pierwszą piątkową modlitwę po zdobyciu miasta. Przystąpiono do przekształcenia świątyni w meczet.

Część mozaik i fresków usunięto, a resztę zamalowano. Z okresu osmańskiego pochodzi osiem drewnianych medalionów, zawieszonych u podstawy kolumny. Umieszczono na nich osiem imion: Allaha, Mahometa, czterech pierwszych kalifów: Abu Bakra, Umara, Uthmana i Alego oraz dwóch wnuków Mahometa: Hasana i Husajna.

W XVI wieku przywieziono z Miletu dwa olbrzymie naczynia marmurowe, w których prawdopodobnie przechowywano oliwę do lamp.