Фрески нижнього регістра розміщені над восьмигранними стовпами трансепту. На північній стіні збереглися сцени «Зішестя Христа в пекло» і «Явління Христа жонам-мироносицям, на південній - «Увірування Хоми» і «Відіслання учнів на проповідь». Поряд з останньою композицією на суміжній стіні бачимо заключну сцену всього євангельського циклу - «Зішестя святого духа».
Особливу цінність серед фресок Софійського собору становить груповий портрет родини Ярослава Мудрого. Композиція містилась на північній, західній і південній стінах головного нефа. Про центральну частину цієї композиції, розміщену на західній стіні, яка не збереглася, відомо з малюнка Абрагама ван Вестфальда 1651 року. На малюнку зображені Ярослав Мудрий з макетом Софійського собору в руці, дружина Ярослава княгиня Ірина. Вони йдуть до постаті Христа, біля якого, можливо, стояли князь Володимир і Ольга - основоположники християнства на Русі. За Ярославом та Іриною в урочистій процесії йшли їхні сини й дочки. Від цієї великої композиції збереглися чотири фігури на південній стіні центрального нефа і дві - на північній.
Фреска дуже потерпіла під час реставрації 19 ст. На південній стіні зверху фрески олією були змальовані постаті великомучениць, на північній стіні-святих. Розчистку цих фресок здійснено після організації Софійського заповідника в 1934-1935 роках. На північній стіні, крім фрески, видно три постаті, змальовані в 18 столітті, і голову святого у 19 столітті.
Та обставина, що фрескова композиція погано збереглась, і відсутність первісних написів утруднюють реконструкцію всієї сцени і визначення кожної з фігур. Хоч чотири постаті на південній стіні широко відомі як портрети дочок Ярослава, існують наукові гіпотези, що визначають ці зображення як чоловічі (зокрема, дві перші постаті зі свічками в руках).
Портрет родини Ярослава Мудрого, розміщений у центрі собору, служив утвердженню князівської влади. І тепер, дивлячись на зображення на портреті людей, ми згадуємо про зв’язки київського княжого дому з найбільшими державами Європи. Дружина Ярослава Мудрого Ірина (Інгігерд) була шведською принцесою, його сини Святослав і Всеволод одружилися з грецькими царівнами, а дочки - Єлизавета, Анна і Анастасія - були королевами Норвегії, Франції та Угорщини. Фресковий портрет родини Ярослава Мудрого - це унікальна пам’ятка древньоруського портретного монументального живопису.
Інші розписи на першому поверсі Софійського собору мають релігійний зміст. Фрески бокового вівтаря Якима і Анни розповідають про діву Марію та її батьків, фрески вівтаря Петра і Павла - про діяння апостола Петра.
Фрески південного (Михайлівського) бічного вівтаря присвячені архангелу Михаїлу , який вважався покровителем Києва і князівської дружини: в апсиді бачимо монументальну півпостать Михаїла, під нею - фігури святителів . На склепінні перед апсидою зображено сцени «Єдиноборство з Іаковом»(північний схил) і «Поверження сатани» (південний схил). На склепінні в передвівтарній частині нефа збереглися фрескові композиції «Явлення архангела Захарії», «Явлення архангела Валаамові» (північний схил склепіння) і «Явлення архангела Ісусові Навіну» (південний схил склепіння).
У Михайлівському вівтарі на південній стіні збереглась дерев’яна віконниця 11 ст. Під нею - композиція 18 ст. «Чудо архангела Михаїла в Хонех».
Північний боковий вівтар собору присвячений святому Георгію - духовному патрону князя Ярослава Мудрого (хрещення ім’я князя - Георгій). У склепінні апсиди бачимо напівфігуру Георгія, під нею-святителів. На склепінні вівтарної і передвівтарної частини були змальовані сцени з життя Георгія. З них фрагментарно збереглися композиції «Допит Георгія Діоклетіаном», «Мучення Георгія в яру з вапном» та ін. На північній стіні ліворуч проходу в колишню галерею збереглося фрескове зображення чоловіка в світському одязі з піднятими руками. Існує припущення, що це-фрагмент великої композиції «Ярослав Мудрий перед святим Георгієм», яка не залишилась, і постать чоловіка є зображенням князя.
У Георгієвському бічному вівтарі привертають увагу дві намальовані чоловічі голови в склепінні вівтаря, ліворуч від зображення Георгія. Ці малюнки виконані продряпуванням фрескового фронтону, очевидно, під час реставраційних робіт 19 ст.
Велике місце у системі розписів собору займають окремі постаті святих. Серед них - зображення мучеників, святителів, апостолів, святих воїнів та ін. У західній частині, де під час богослужіння перебували жінки, переважно зображені «святі жони » - Варвара, Уляна, Христина, Катерина та ін. Виділяються яскравістю образів чотири жіночі постаті в медальйонах у західній частині Георгієвського бокового вівтаря.
На жаль, первісна соковитість кольорів більшості фресок не збереглася. Фрескові зображення були виконані на голубому фоні. В розписах переважали темно-червоні, вохристі, білі та оливкові кольори. Особливу увагу художники приділяли змалюванню облич, створивши чудову галерею образів з індивідуальною характеристикою. Привертають увагу постаті апостола Павла (вівтар Петра і Павла),Варвари (західний трансепт), Фоки (південна внутрішня галерея),Федора(північна внутрішня галерея) і багато інших.
Як мозаїчні, так і фрескові розписи собору органічно зв’язані з архітектурними формами інтер’єра. Їм притаманна декоративність, чіткість художньої мови, глибина і виразність образів.
Імена живописців невідомі. Лише в Михайлівському бічному вівтарі зберігся грецький напис «Георгій», виконаний по вогкій фресковій штукатурці до нанесення фарби на неї. Можливо, це ім’я одного з художників, які працювали в соборі. Велику роль у системі розписів відіграють численні орнаменти, які розділяють мозаїчні композиції, прикрашають арки, пілони, віконні й дверні прорізи. Вони підкреслюють архітектурні форми споруди і роблять живописне оздоблення Софії Київської особливо барвистим і багатим.
* * * * *
Крім мозаїк і фресок 11 ст., в центральному нефі собору на західній стіні інтерес становить виконана олійними фарбами у 18 ст. композиція «Перший Вселенський собор»
Мальовничість древнього інтер’єра Софії посилювала барвиста мозаїчна підлога, фрагменти якої експонуються в трансепті. Підлога собору не раз ремонтувалася: в головному вівтарі збереглася керамічна підлога кінця 17 ст. з круглих і лекальних плиток, вкритих різноколірною поливою. Чавунну підлогу зроблено в 19 ст . Під час розкопок підлогу 19 ст., що піднялася майже на метр у результаті пізніших нашарувань, було опущено на рівень 11 століття.
В 11 ст. вівтар був відокремлений від іншої частини собору невисокою мармуровою передвівтарною огорожею. Існуючий дерев’яний різьблений позолочений іконостас, виконаний у 1747р.,-чудовий взірець різьблення по дереву і станкового живопису українських майстрів 18 ст.
На стінах Софійського собору в різних місцях збереглися середньовічні написи - графіті. Це цінні пам’ятки древньоруської писемності, важливі історичні документи, з яких ми черпаємо цікаві відомості про різні сторони життя Стародавньої Русі. Найцікавіші з них ті, що розповідають про політичні події минулого, згадують імена історичних осіб, відомих з літописів . З-поміж останніх - князь Ярослав Мудрий, його сини Всеволод і Святослав, онуки Святополк і Володимир Мономах, єпископ Лука Білгородський, воєвода Ставр Городятинич та інші. Поряд з написами серед графіті багато всіляких малюнків.
Софійські графіті значною мірою відбивають мову стародавніх киян, а також вказують на високий рівень писемності серед населення Русі тих часів.
Найдавніші написи належать до 30-40-х років 11 ст. і безпосередньо свідчать про час виконання настінних розписів храму.
САРКОФАГ ЯРОСЛАВА МУДРОГО
У східній частині внутрішньої і зовнішньої північних галерей собору в давнину була великокняжа усипальниця. Тут поховані Ярослав Мудрий, Всеволод Ярославич, Ростислав Всеволодович, Володимир Мономах та ін. До наших днів зберігся лише саркофаг Ярослава Мудрого, який експонується у вівтарній частині колишньої північної внутрішньої галереї.
Він складається з прямокутної скрині і двосхилої кришки з виступами (акротеріями) по кутках. Скриня і кришка саркофага прикрашені різьбленими зображеннями виноградної лози, пальми, кипариса, риб, птахів, хрестів та інших давньохристиянських символів.
Вага гробниці - 6 тонн. Саркофаг зроблено з проконеського мармуру і, очевидно, привезено з Візантії.
У 1936-1939 роках, під час розкриття і дослідження саркофага, вчені виявили в ньому чоловічий і жіночий скелети, кістки яких були перемішані. Цей факт, а також цілковита відсутність якихось предметів і одягу свідчать про пограбування гробниці (можливо, у 1240 р.). Зіставлення висновків анатоморентгенологічного дослідження кісток з даними літопису довело, що чоловічий скелет-це скелет Ярослава Мудрого. Підтвердилась наявність природженої кульгавості князя, а також поранення в коліно і в голову. Жіночий скелет-це скелет дружини Ярослава Ірини.
За черепом Ярослава Мудрого відомий радянський скульптор-антрополог М.М.Герасимов відтворив скульптурний портрет князя, який експонується в північній зовнішній галереї собору.
Саркофаг Ярослава Мудрого становить велику науково-історичну і художню цінність.
ПІВНІЧНА ЗОВНІШНЯ ГАЛЕРЕЯ
Приміщення колишньої північної зовнішньої галереї дає змогу простежити історію спорудження собору. Зондажі кладки на стінах розповідають про початкові архітектурні форми галереї та пізніші її перебудови. В західній частині приміщення відкрито кладку восьмигранного стовпа галереї, залишки аркбутана. Тут же видно кладку перебудов 17-18 ст., а також дверний проріз 18 ст. Кладка відкритих зондажів, а також експоновані будівельні матеріали розповідають про тогочасну будівельну техніку.