Это был не первый собор, построенный на Руси во времена правления князя Ярослава Мудрого, но значение его для Новгородской республики переоценить невозможно. Ярослав Мудрый не просто так выбрал Новгород для строительства каменного храма в честь Святой Софии - Премудрости Божией. Дело в том, что свободолюбивые и в чем-то своенравные новгородцы еще не укрепились в христианской вере и им требовался зримый и достойный восхищения ее символ. Таким для новгородцев стал Софийский собор. Недаром в течение долгих веков их боевой клич звучал так: "За Новгород - и Святую Софию!".
Летописные источники сообщают, что Софийский собор был заложен на месте Владычного двора на территории Детинца (Новгородского Кремля) в 1045 году князем Владимиром Ярославовичем, сыном великого князя Киевского Ярослава Мудрого, и епископом новгородским Лукой Жидятой. Собор стал первой каменной постройкой на территории Кремля. Воздвигнуть его должны были вместо уничтоженной пожаром тринадцатиглавой деревянной церкви X века. Основное строительство было закончено к 1050 году. Дальше шли уже отделочные работы, задержавшие освящение главного храма Новгорода до сентября 1051 года.
Исследователи до сих пор не пришли к единому мнению, кто же все-таки возвел этот величественный собор. По одной из версий, как и во многих других подобных случаях, это сделали приглашенные из Византии опытные мастера. Но у этой версии есть немало противников, которые утверждают, что храм все же возводили мастера отечественные. Главным доводом является то, что на здании нет ни одной "подписи" греческих строителей - значатся только славянские имена.
Кто бы его ни строил, Софийский собор был выполнен все же в византийском стиле. Первоначально стены храма не были побелены, только своды были обмазаны цемянкой (мелкоизмельченный материал из обожженной керамики) и покрыты фресками. Такое оформление было выбрано под воздействием архитектуры Константинополя, в которой мраморная облицовка стен сочеталась с мозаиками на сводах. Только при строительстве Софийского собора мрамор был заменен известняком, а мозаика - фресками.
Византийский стиль диктовал и архитектурный тип храма - пятинефный крестово-купольный. Кстати, подобного типа храмы возводились на Руси только в XI веке. К ним, помимо собора в Новгороде, относятся еще Софийский собор в Киеве и Софийский собор в Полоцке. Собор Святой Софии имеет пять глав, шестая же венчает лестничную башню, расположенную в западной галерее южнее входа. Маковицы глав выполнены в форме древнерусских шлемов.
Фрески на стенах собора появились не раньше 1109 года. Но от этой росписи остались только фрагменты фресок центрального купола с фигурами пророков и архангелов. В центре между ними еще находился образ Христа Пантократора, уничтоженный снарядом в годы Великой Отечественной войны. Основная же сохранившаяся роспись храма относится к концу XIX века.
Собор дал название одной из двух частей Новгорода - Софийской стороне. На другом берегу реки Волхов находилась еще одна сторона, названная Торговой.
Софийский собор стал не только духовным центром Новгорода, но и центром его мирской жизни. Архиепископ города был и главой казначейства, как следствие, в подвалах Святой Софии хранилась городская казна. На площади перед Софийским собором собиралось вече - высшая власть в городе. Так продолжалось вплоть до второй половины XVI века, когда при Иване Грозном Новгородская республика окончательно потеряла самостоятельность.
В 1922 году, в ходе кампании по изъятию церковных ценностей, часть церковного имущества Софийского собора была изъята. В 1929-м собор и вовсе был закрыт. На следующий год он стал частью Новгородского государственного музея-заповедника.
Главная святыня Великого Новгорода сильно пострадала во время оккупации города фашистами в годы Великой Отечественной войны. Храм был поврежден и разграблен. Его полностью восстановили только к 1947 году.
В начале 1970-х были отремонтированы барабаны и главы собора, а в 1980-х капитально отреставрирована крыша основных объемов. В августе 1991 года Софийский собор заново освятил Патриарх Московский и Всея Руси Алексий II, храм был возвращен Новгородской епархии.