Im Jahr 1847 wollte der Sultan Abdülmecit (1839-1861) die Hagia Sophia renovieren und berief zu diesem Zweck den italienisch-schweizerischen Gaspare Fossati (1809-1883), "Hofarchitekten" in St. Petersburg, der über umfangreiche Erfahrung aus den Ausgrabungen in Pompeji, Poseidonia (Paestum) und anderen italienischen Nekropolen verfügte.

Gaspare und sein Bruder Giuseppe schlossen die Arbeiten innerhalb von zwei Jahren ab und setzten dabei über achthundert Arbeiter ein. Die rissigen Kuppeln wurden repariert, eiserne Ketten wurden an ihren Fundamenten angebracht, um sie zu verstärken, und die berühmten Mosaiken, die seit der Zeit von Mehmet II. mit Putz bedeckt waren, wurden gereinigt und restauriert.

Gaspare Fossati fügte architektonische Elemente hinzu (wie den Thron des Sultans, der mit vergoldetem Gitter geschützt war) und kombinierte das türkische Rokoko mit der byzantinischen Säulenarchitektur. Die Restaurierungsarbeiten wurden in farbigen Aquarellen festgehalten und 1852 in London in einem Album mit dem Titel "Aya Sophia of Constantinople as Recently Restored by Order of H.M. The Sultan Abdulmedji" veröffentlicht.