Стіни Софійського собору змуровано з каменю(граніту, червоного кварциту) і цегли-плінфи розміром 27х31х3,5 см, покладених на рожевому цем’янковому розчині. Ця техніка «мішаного способу» характерна для давньоруського зодчества 10-11 століть.
Ряди каменів, залиті розчином, вирівнювалися кількома горизонтальними рядами плінфи. Шар розчину між плінфами дорівнював довжині цеглини. При цьому плінфа через ряд заглиблювалась у товщу стіни і затиралась цем’янковим розчином. У результаті на фасаді утворювалась смугаста складка, де тонкі ряди цегли чергувалися з широким шаром розчину.
Стрічкові фундаменти собору змуровані з бутового каменю на вапняно-цем’янковому розчині (в окремих місцях без розчину - насухо). Глибина фундаментів-0,8-1,4 м.
Куполи складені з концентричних кіл плінфи з напуском кожного наступного ряду на попередній. І тільки для кладки верхньої частини купола застосовувалась влаштована знизу опалубка. Зовні куполи були вкриті спеціальною плінфою, вигнутою відповідно до їхньої сферичної поверхні.
У кладці склепінь собору для їх полегшення широко застосовані порожні глиняні глеки - «голосники». В парусах головного купола голосники вмуровані відкритими горловинами всередину приміщення для поліпшення акустики споруди.
Зовні кладка собору кілька десятиліть залишалась відкритою. Широкі світло-рожеві смуги розчину в поєднанні з оранжево-рожевою плінфою і темними плямами каменів створювали багату фактуру і посилювали мальовничість фасадів храму.
У північній зовнішній галереї збереглися окремі фрагменти фресок 11 ст. В 19 ст. вони не були покриті олією, а тільки забілені, в результаті чого зберегли соковитість і своєрідний фресковий колорит.
У галереї містяться поховання церковних діячів 18-19 ст., зокрема митрополита Євгенія Болховітінова, відомого історика свого часу й автора першої монографії про Софію Київську (1825 р.).
Великий інтерес становить східна частина колишньої галереї, де в 11 ст. було приміщення княжої усипальниці. Тут експонуються виявлені під час розкопок залишки древньої керамічної підлоги, а також фрагменти фрескового розпису.
Над передвівтарною аркою збереглися залишки ліпного декоративного фронтону початку17 ст., який прикрашав вхід в усипальницю до перебудови галереї в боковий вівтар. Неабияку цінність також представляє значно пізніший настінний живопис цього приміщення. Дві фігури «Вогняних серафимів» на передвітарній арці - це рідкісні зразки клейового розпису собору кінця 17 ст., виконані після перебудови галереї та усипальниці в закритий боковий вівтар.
Інші розписи приміщення виконані олійною фарбою в 20-30 р. 18 ст. Вони є цінними зразками українського монументального живопису і дають уявлення про систему живописного декору цього періоду. Оглядом північної зовнішньої галереї закінчується екскурсійний маршрут по Софійському собору. Поза маршрутом залишаються другі поверхи та башти, що їх відвідувачі можуть оглянути самостійно.
Б А Ш Т И
Гвинтовими сходами двох башт можна піднятися на другий поверх. Вхід до південної башти знаходиться в західній частині колишньої південної зовнішньої галереї, вхід до північної башти - в північній частині західної внутрішньої галереї.
У давнину баштовими сходами піднімались на другий поверх (хори, або полаті) члени княжої родини і найближчі придворні. Башти мали входи тільки ззовні і були цілком ізольовані від приміщень першого поверху. Вхід до північної башти був на західному фасаді, вхід до південної-на південному фасаді собору. Під час перебудови собору в 17-18 ст. обидва зовнішні прорізи були замуровані, а входи до башт зроблені зсередини собору.
Стіни, склепіння, стовпи і підсходові простори башт були прикрашені фресковим розписом, більша частина якого збереглася до наших днів. Своїм змістом і манерою виконання ці фрески займають особливе місце в системі розпису собору. Тут відсутні релігійні сюжети. Фрески зображають картини побуту константинопольського імператорського і київського княжого дворів, різноманітні сцени полювання, театральні і циркові видовища, народні розваги та ін.
Однак, як показали останні дослідження доктора історичних наук С.О.Висоцького, головною темою, що об’єднувала розписи обох башт, була розповідь про важливу політичну і культурну подію в житті Київської Русі середини 10 ст.- про візит в столицю Візантійської імперії Константинополь прабабки Ярослава Мудрого київської княгині Ольги і про зустріч її з імператором Костянтином Багрянородним.
І в північній, і в південній баштах загальне розташування розписів, їх композиційна побудова і рух фігур у кожній сцені передбачають огляд фресок знизу вгору, в міру підйому на другий поверх.
ПІВНІЧНА БАШТА
Сучасний вхід до північної башти зроблено на початку 19 ст. Праворуч від входу, у підсходовому просторі є дверний проріз кінця 17 - початку 18 століття. Первісний вхід до башти міститься навпроти сучасного і закритий заскленою рамою. Косяки прорізу прикрашені фресковими орнаментами. Збереглись древня шиферна плита порога і дві сходинки із залишками мозаїки на підсходинках.
Під час пізніших перебудов стародавні гвинтові сходи башти були закриті новими сходинками, які не збігалися з первісними. Під час архітектурно-археологічних досліджень сходам повернуто первісні форми, своєрідність яких полягає в поєднанні крутих сходинок з пологим пандусом. Склепіння башти піднімаються східчасто.
Фрескові розписи башти збереглися фрагментарно. Розпис центрального стовпа майже не вцілів. На склепінні башти зображені орнаменти, грифони, восьмиконечні хрести в медальйонах. У нижній частині башти, праворуч від теперішнього входу на склепінні зображено людину з верблюдом, нижче-борців, тіла яких переплелися в поєдинку. Безпосередньо над входом - сцена «Боротьба ряджених». Тут зображений чоловік у масці чудовиська, який хоче заколоти вилами вусатого воїна, озброєного сокирою та щитом. Поряд-фреска«Полювання на ведмедя» Сцена динамічна і напружена: відважний вершник у шоломоподібній шапці б’є списом звіра, що напав на нього. На вершнику нарядна сорочка, оздоблена по коміру і подолу широкою тасьмою.
У нижньому регістрі башти на стіні була розташована велика композиція, що складалася з кількох сцен. Вона розповідала про урочисту зустріч княгині Ольги в Константинополі. Від цієї композиції вціліли окремі фрагменти. Нижче фрески «Полювання на ведмедя» частково збереглася сцена «Імператриця з почтом»,справа від древнього входу зображений син Констянтина Багрянородного імператор Роман на білому коні. Обидві фрески - це, мабуть, фрагменти загальної композиції, що зображувала урочисту процесію в»їзду княгині Ольги в Константинополь. Далі на склепінні розміщено два медальйони із зображеннями лучників. Вище по сходах, зліва на склепінні фреска «Музикант», на якій бачимо сидячого чоловіка, що грає на смичковому інструменті.
На верхньому майданчику башти, обабіч вікна що було пробито пізніше, розміщена головна сцена циклу - «Княгиня Ольга на прийомі у Костянтина Багрянородного». Зліва зображено імператора з німбом. Поруч два охоронці, що озброєні списами і щитами. Справа від вікна в центрі зображена княгиня Ольга в короні , з-під якої спадає на плечі прозорий плат. Поруч з княгинею - жінки її почту.
На верхньому майданчику експонується цікавий будівельний зондаж, в якому видно заповнення пазухи склепіння порожніми керамічними глеками-голосниками
ПІВДЕННА БАШТА
Нинішній вхід до башти пробито наприкінці 17 ст. на початку 18 ст. Трохи вище на південній стіні є зондаж кладки, який свідчить про наявність тут древнього прорізу. Справа від входу невеликі двері ведуть в підсходовий простір башти, відокремлений від сходів стіною і перетворений на окреме приміщення під час пізніших перебудов. На стіні цього приміщення зберігся фресковий орнамент 11 ст., який не був пошкоджений пізнішими реставраціями і зберіг первісну свіжість барв.
Древні форми сходів спотворені чавунними східцями 19 ст.
У нижній частині башти збереглися цікаві фрески, що зображують мисливські сцени. На стіні безпосередньо біля сучасного входу міститься фреска «Полювання на вепра». Навпроти, на стовпі башти,-сцени«Полювання на білку» і «Лютий звір нападає на вершника». Вони вціліли неповністю. Частини які не збереглися, дописані олією в 19 столітті.
Особливе місце серед фресок південної башти займає велика багатопланова композиція «Іподром». Ця композиція збереглась фрагментарно. Частина її втрачена, частина закрита опорною стіною 18 ст., спорудженою для укріплення склепіння башти.
Далі на стіні збереглася сцена «Полювання вершників на дикого коня-тарпана».
Великий інтерес становить фреска «Скоморохи», розміщена у верхній частині башти, між вікнами. На ній зображено велику групу музикантів, що грають на струнних, ударних та духових інструментах. Фреска «Скоморохи» жваво й образно розповідає про давньоруське музичне та циркове мистецтво.
Фрескові розписи башт Софійського собору є надзвичайно цінним історичним джерелом. На них представлені портрети історичних діячів середньовічної Русі та Візантії, вони дають цікаві різнобічні відомості про придворний побут, про тваринний світ, мисливський промисел, про музичну культуру стародавньої Русі. Ці фрески виконані з великим знанням малюнка, кольору, законів композиції, що свідчить про високий рівень майстерності художників, які їх створювали. Своїм змістом і художньою цінністю розписи башт Софії Київської є унікальними пам’ятками світового мистецтва.