Собор Святой Софии был построен по указу сына Ярослава Мудрого Владимира между 1045-1050 г. Он расположен на левом берегу рек Волхов на территории Новгородского кремля. Храм строил зодчие из Киева и Византии, они строили по образу и подобию храмов Константинополя. Возведенный храм был огромен по представлениям Новгородских жителей. Спустя сто лет этот храм стал главным в Новгородской республике. Храм часто реставрировался, но капитальных перестроек не было, так что он сохранил облик с XI века.
Изначально все 6 глав собора имели не луковичную, а шлемовидную форму. На кресте центрального купола сидит свинцовый голубь, который согласно легенде окаменел, увидев нападки Ивана Грозного на город в 1570 году. Во время Великой Отечественной Войны крест с голубем был сбит и отправлен в Мадрид. В 2004 году в Новгород вернулся оригинал голубя.
Существуют свидетельства, что до постройки каменного собора в городе была деревянная Софийская церковь, но археологических раскопок и доказательств этому не найдено.
В Советское время в храме некоторое время проводились богослужения, которые в 20-х годах были прекращены. Власти открыли в нем музей атеизма. Во время войны храм был разграблен немцами и сильно пострадал от бомбежек.
В 1991 г. Софийский собор был передан Русской Православной Церкви.