Ο ναός αποτελούσε καθολικό μονής που ίδρυσε μεταξύ των ετών 1350-1365 ο δεσπότης Μανουήλ Καντακουζηνός. Στη βιβλιογραφία έχει προταθεί η ταύτιση με τη γνωστή από τις πηγές Μονή του Ζωοδότη Χριστού, χώρο ταφής βασιλισσών του Μυστρά και μελών της δεσποτικής οικογένειας. Μάλιστα, σε τάφο της βόρειας στοάς αποκαλύφθηκε ανασκαφικά ταφή νεαρής κοπέλας με ενδυματολογικό σύνολο που σήμερα εκτίθεται στο Μουσείο Μυστρά (παραπομπή στο Μουσείο).
Η Αγία Σοφία ακολουθεί τον αρχιτεκτονικό τύπο του δικιόνιου σταυροειδή εγγεγραμμένου με τρεις τρίπλευρές αψίδες στα ανατολικά. Στοές, κωδωνοστάσιο και παρεκκλήσια αναπτύσσονται περιμετρικά του ναού.
Στα μαρμάρινο τέμπλο του ναού έχουν επαναχρησιμοποιηθεί παλαιότερα, μεσοβυζαντινά, γλυπτά, τα οποία λαξεύτηκαν εκ νέου, ενώ στα επίκρανα των παραστάδων και τα επιθήματα των κιόνων διατηρούνται μονογράμματα του κτήτορα Μανουήλ και σύμβολα του αυτοκρατορικού οίκου των Παλαιολόγων. Από το αρχικό μαρμάρινο δάπεδο, διατηρείται σήμερα το κεντρικό διάχωρο με το κόσμημα των «πέντε άρτων» (πενταόμφαλο).
Ο γραπτός διάκοσμος του ναού, σύγχρονος με την οικοδόμησή του, περιλαμβάνει μνημειώδη παράσταση του ένθρονου Χριστού στην κόγχη του ιερού Βήματος. Οι παραστάσεις που κοσμούν τις υπόλοιπες επιφάνειες, σε διάταξη ανάλογη του ναού της Περιβλέπτου, σώζονται αποσπασματικά.
Το βορειοανατολικό παρεκκλήσιο είναι ταφικό, όπως μαρτυρούν και οι τοιχογραφίες του, σύγχρονες με τους κυρίως ναού. Το νοτιοανατολικό παρεκκλήσιο έχει συνδεθεί με την Ισαβέλλα ντε Λουζινιάν, σύζυγο του δεσπότη Μανουήλ, και οι τοιχογραφίες του αποδίδονται στο ίδιο εργαστήριο ζωγράφων που διακόσμησε την Περίβλεπτο.
Περιμετρικά του ναού της Αγίας Σοφίας, η τράπεζα βορειοδυτικά, δεύτερη τράπεζα στα νότια, δεξαμενή, κρήνη, πτέρυγες κελιών, πύλη στα νοτιοδυτικά συνθέτουν το μεγάλο μοναστηριακό συγκρότημα παρά τα τείχη.
Κατά την περίοδο της Α΄Οθωμανικής κυριαρχίας (1460-1687) ο ναός της Αγίας Σοφίας μετατράπηκε σε τζαμί.
