索菲亚教堂始建于1907年3月，原为沙俄东西伯利亚第四步兵师修建的木结构随军教堂。
随着东正教徒的增加，索菲亚教堂于1923年9月开始在现址进行重建，1932年竣工，为典型的拜占庭式建筑，是远东地区最大的东正教堂。
教堂高53.35米，占地面积721平方米，主穹顶距地面高度为48.55米，饱满而巨大的“洋葱头”式穹顶在建筑中央构成了特殊的球面，剖面最大直径为10米，形成巨大的室内空间，是教堂的画龙点睛之笔。
教堂的棚顶以主穹顶为轴心，主穹顶的前、后、左、右还有4个大小不一、装饰精美的帐篷顶，与主穹顶形成主从结构。
1986年，哈尔滨市政府将其列为一类保护建筑。
1996年11月，被列为第四批全国重点文物保护单位。
1997年6月，市政府对教堂按原设计进行了全面保护性修缮。
2007年，哈尔滨索菲亚教堂景区被评定为国家AAAA级旅游景区。
2020年9月，索菲亚教堂以“索菲亚音乐厅”重新定位，在游览欣赏教堂建筑艺术的同时，增加音乐演出内容，使索菲亚景区以全新的业态、崭新的面貌展现出哈尔滨独具异国情调的人文景观和城市特色。