İstanbul'un Latinler tarafından işgal edilmesinden sonra kaçan ve Trabzon'da 1204 yılında Trabzon imparatorluğunu kuran Komnenos Ailesinden Kral I.Manuel (1238-1263) tarafından 1250-1260 yılları arasında yaptırılan ve bir manastır kilisesi olan Ayasofya adı "Kutsal Bilgelik" anlamına gelir. Fatih Sultan Mehmed'in 1461 yılında Trabzon'u fethinden sonra da kilise olarak kullanılan yapı 1584 yılında sultanın emriyle Kürd Ali Bey adlı bir ayân tarafından bir minber ve müezzin mahfili eklenerek camiye dönüştürülmüştür. 1610’da kente gelen Julian Bordier camiye dönüştürülen yapının onarılmadığı için boş tutulduğunu ve ibadet için kullanıldığını bildirmiştir. Uzun süre ibadete kapalı olan yapı 1865’de Müslüman cemaatin topladığı 95.000 kuruş ile Rum ustalar tarafından onarıldıktan sonra yeniden camiye dönüştürülmüşse de I. Dünya Savaşı sırasında Trabzon’u işgal eden Rus ordusu tarafından depo ve askeri hastane olarak kullanılmıştır. Savaş sonrasında 1960 yılında dek cami olarak kullanılan yapının freskleri 957-62 yılları arasında Edinburgh Üniversitesi’nden Russell Trust tarafından temizlendikten sonra Vakıflar Genel Müdürlüğü tarafından restore edilerek 1964 yılında müze haline getirilmiştir. Her yıl onbinlerce turist tarafından ziyaret edilen yapı Vakıflar Trabzon Bölge Müdürlüğü tarafından camiye dönüştürülmekte, imam atanması beklenmektedir . Müzenin camiye dönüştürülmesi kimi muhafazakar siyasetçi ve medya kurumlarınca desteklenir hatta İstanbul Ayasofya'nın da ibadete açılması beklenirken, çeşitli aydın ve aktivistlerce freskler ve yapının zarar göreceği gerekçesiyle müze statüsünü yitirmesine karşı çıkılmış ve "Trabzon Ayasofya Müzesi Müze olarak kalmalı" adlı bir de imza kampanyası başlatılmıştır . 28 Haziran 2013 Cuma günü vakit namazının kılınmasıyla, 52 yıl sonra yeniden Müslümanların ibadetine açılmıştır.