В 1046 году великий князь Ярослав Мудрый и княгиня Ирина (Ингегерда) направились в Новгород из Киева к сыну Владимиру на закладку им Софийского собора. Собор был заложен на месте Владычного двора и строился примерно до 1050 года вместо сгоревшего перед этим 13-главого деревянного храма 989 года, однако не на том же месте, а севернее. Освящён собор был по данным разных летописей в 1050 или 1052 году епископом Лукой. Храм имел пять нефов и три галереи, в которых располагалось несколько дополнительных престолов. Северная галерея несколько раз перестраивалась. Первоначально стены храма не были побелены, за исключением криволинейных в плане апсид и барабанов, покрытых слоем цемянки. Внутренние стороны стен также были обнажены, в то время как своды изначально обмазаны цемянкой и покрыты фресками. Такое оформление было выбрано под воздействием архитектуры Константинополя, в которой мраморная облицовка стен сочеталась с мозаиками на сводах; однако мрамор был заменён известняком, а мозаика — фресками. Сплошь обмазаны цемянкой стены были, вероятно, уже в 1151 году. На западном портале смонтированы бронзовые Магдебургские врата в романском стиле с большим количеством горельефов и скульптур. Не позже XVIII века для укрепления стен к южному и северному фасаду пристроили по три контрфорса. При реставрации 1893—1900 годов контрфорсы с южного фасада были разобраны и было возвращено храму посводное покрытие. В 1929 году собор был закрыт, и в нём был открыт антирелигиозный музей. В музее были представлены сокровища, хранившиеся в ризнице собора, как пример «баснословных богатств церкви» . Во время оккупации Новгорода немецко-фашистскими войсками храм был сильно повреждён и разграблен, после войны - полностью восстановлен и стал отделом Новгородского музея-заповедника. В 1991 он был передан РПЦ и 16 августа 1991 освящён лично патриархом Алексием II. В 2005—2007 произведена реставрация куполов собора.