La Catedral de Santa Sofía es un monumento al arte bizantino y a los estilos arquitectónicos. La iglesia barroca, que data del siglo XII, tardó 20 años en construirse, y cuenta con 5 naves, 5 ábsides y 13 cúpulas abovedadas en planta cuadrada cruzada.
La proximidad de la catedral al Palacio Real la convirtió en un sitio regular de eventos como coronaciones y la firma de tratados. El Gran Príncipe Yaroslav el Sabio, durante cuyo reinado se terminó la catedral, fundó allí la primera biblioteca de Ucrania. Muchos gobernantes han sido enterrados en la catedral a lo largo de los años. El sarcófago del príncipe Yaroslav ha estado allí desde su entierro, aunque se cree que sus restos se llevaron durante la Segunda Guerra Mundial.
Entre 1169 y 1585, la catedral cambió de manos muchas veces y sufrió daños significativos. Durante su reconstrucción en los años 1600 y principios de 1700, se agregaron detalles barrocos como cúpulas en forma de pera, así como un campanario, una residencia para el Metropolitano (cabeza de iglesia local) y puertas occidentales ornamentadas. Fue durante este tiempo que el exterior fue estucado y encalado y la cúpula central fue dorada.
Frescos y mosaicos que datan de los orígenes de Santa Sofía decoran el interior. La pieza más famosa es el mosaico de piedra y vidrio de 20 pies de la Virgen María orando, que se cree que es indestructible ya que sobrevivió a los siglos de castigo que sufrió la iglesia. Desde 1934, habiendo sobrevivido a los planes de la Revolución post-Rusa para su destrucción, Santa Sofía ha dejado de funcionar como iglesia y se ha utilizado como museo de la historia cristiana de Ucrania.