Kentin batı girişinde sahil karayolunun üzerindedir. Anıt müze olan yapı Trabzon’daki Bizans devri yapılarının en önemlilerinden biridir. 1238 – 1263 yılları arasında, I. Manuel Komnenos zamanında, Bizans taşra üslubunun, Gürcü soğan kubbe, Selçuklu taş işlemeciliği ile bir harmoni içinde kullanılmasıyla bir manastır kilisesi olarak inşa edilmiştir.

Trabzon’un Fatih Sultan Mehmet tarafından fethinden sonra 1511 yılında camiye çevrilmiş ve vakıf eseri olmuştur. Uzun yıllar cami olarak kullanılan yapı 1864 yılında köklü bir onarım geçirmiştir. Ayasofya 1.Dünya Savaşı yıllarında bir süre depo ve askeri hastane olarak kullanıldıktan sonra tekrar cami olarak kullanılmıştır. 1958-1962 yılları arasında Vakıflar Genel Müdürlüğü ve Edinburg Üniversitesi’nin işbirliği ile restore edilmiş, freskler temizlenerek 1964 yılından sonra müze olarak ziyarete açılmıştır.

Müzenin 25 metre batısında yer alan çan kulesinin yapımı 1426-27 yıllarına tarihlenmiştir. Kulenin yıldızları gözlemek, hatta astronomi dersleri vermek amacıyla kullanıldığını, bunun yanı sıra kulenin bir ihtimal deniz feneri olarak da kullanıldığı düşünülmektedir. 28 Haziran 2013 Cuma günü vakit namazının kılınmasıyla, 52 yıl sonra yeniden Cami olarak ibadete açılmıştır. Cami olarak kullanılan ve tarihi özellikleri korunmuş olan yapı,yerli ve yabancıların ziyaretine açıktır.