איה סופיה (ביוונית: Αγία Σοφία - "כנסיית החוכמה הקדושה", בלטינית: Sancta Sophia, בטורקית: Ayasofya) הינה כנסייה יוונית אורתודכסית, הנמצאת באיסטנבול שבטורקיה הנחשבת לאחת הדוגמאות הבולטות של האמנות והאדריכלות של האימפריה הביזנטית וכאחד הבניינים המפורסמים בעולם. לאחר התפרקות האימפריה, הפכה למסגד וכיום היא משמשת כמוזיאון.
במקום שבו עומדת כיום כנסיית איה סופיה, עמדה במאה הרביעית כנסייה אחרת, שממנה לא נותרו שרידים. לאחר הריסתה נבנתה במקום כנסייה נוספת על ידי קונסטנטינוס השני בנו של קונסטנטינוס. כנסייה זו נשרפה בזמן מהומות ניקה בשנת 532. הקיסר יוסטיניאנוס הראשון הורה על בניית הכנסייה וחנך את המבנה ב-26 בדצמבר 536.
פרוקופיוס מתאר את בניית הכנסייה על ידי איזדור ממילטוס ואנת'מיוס מטראלס, שהיו מרצים לגאומטריה באוניברסיטת איסטנבול. אנת'מיוס מת לאחר שנה ואיזדור סיים את הבנייה. הכנסייה נחנכה בשנית בשנת 563 לאחר התמוטטות הכיפה הגדולה ברעידת אדמה. הבניין היה מהמפוארים בבניינים שנבנו, וקירותיו הפנימיים כוסו פסיפסים ושיש. לאחר שראה את הבניין המפואר הכריז יוסטיניאנוס: "שלמה, בניתי מבנה מפואר ממך!" (Νενίκηκά σε Σολομών).
לאחר רעידת אדמה אשר ארעה בשנת 989, אשר בה נהרסה כיפת המבנה, נקראה הארכיטקט הארמני טרידאט (Tirdat).
איה סופיה הייתה מקום מושבו של פטריארך קונסטנטינופול, והמקום בו נערכו הטקסים הדתיים בהתשתתפות משפחת הקיסר. במהלך מסע הצלב הרביעי וכיבוש העיר, הפכה הכנסייה לכנסייה קתולית, ורבים מאוצרות הכנסייה נבזזו.
לאחר כיבוש העיר על ידי העות'מאנים, על ידי הסולטן מהמט השני בשנת 1453 הפכה הכנסייה למסגד, וציורי הקיר והפסיפסים בה כוסו טיח.
מסגד איה סופיה הפך למודל לחיקוי בבנייה העות'מאנית, ובמיוחד במבנה המסגד הכחול.
בשנת 1934 תחת שלטונו של נשיא טורקיה מוסטפה כמאל אטאטורק הפך המבנה למוזיאון. בשנת 1993, לאחר בדיקה של אונסק"ו שגילתה שהמבנה מוזנח ביותר, הוחלט על תוכנית שיקום המבנה.
במרכז הכנסייה נמצאת כיפה מרכזית שקוטרה 31 מטרים וגובהה 56 מטרים. כיפה זו קטנה במקצת מכיפת הפנתאון שברומא. ארבעה עמודים בארבע פינות המבנה מחזיקים את משקלה הרב של הכיפה על ידי פנדנטיבה (משולשים קמורים מתחת לכיפה המעבירים את העומסים ל-4 נקודות).
בכניסה המערבית של המבנה ובצידו המזרחי של המבנה ישנן חצאי כיפות היוצרות אכסדראות.
המבנה ניזוק מספר פעמים בשל רעידות אדמה. הכיפה קרסה לאחר רעידת אדמה בשנת 558, ולאחר שנבנתה מחדש קרסה שוב בשנת 563. חלקים מהכיפה קרסו בשנים 989 ו-1346.
פנים הכנסייה מצופה בשייש, ובפסיפסים בצבעים, ירוק, לבן, ורוד וזהב.