לאחר שהעיר נכבשה על ידי האימפריה העות'מאנית בשנת 1453 הפך המבנה למסגד. בעקבות הקמת הרפובליקה הטורקית והרפורמות של מוסטפא כמאל אטאטורק, משנת 1934 עד 2020 הוא שימש כמוזיאון המשמר את מורשת הבניין בתקופות שונות ומושך אליו תיירים רבים מרחבי תבל. ביולי 2020, בהחלטת נשיא טורקיה רג'פ טאיפ ארדואן, הפך שוב למסגד הנקרא המסגד הגדול של איה סופיה (בטורקית: Ayasofya-i Kebir Camii Şerifi).