Küçük Ayasofya Camii (Sergius ve Bacchus Kilisesi), İstanbul’da, Cankurtaran ile Kadırga arasında, Marmara surlarının güney deniz kısmına yaklaşık 20 m. mesafede, Küçük Ayasofya Caddesi‘nin sonunda yer alır. Alt sütunlar üzerindeki kitabesinde, I. Jüstinyen’in kiliseyi St. Sergiyos ve St. Bacchus adlı azizler adına, 527-536 yılları arasında yaptırdığı yazılıdır. Sultan II. Beyazıt zamanında1504’de, Topkapı Sarayı Darüssaade Ağası Hadım Hüseyin Ağa tarafından eklenen, son cemaat yeri, minare, müezzin mahfili, minber ve mihrapla, yapı camiye dönüştürülmüştür. Küçük Ayasofya Camii, İstanbul`un en eski Bizans Dönemi yapısı olarak bilinmektedir.

Sergius ve Bacchus Kilisesi, İstanbul’daki merkezi planlı, birinci dönem Bizans kiliselerinin tipik örneklerindendir. Kullanılan yapı malzemesi taş, tuğla ve harçtır. Küçük Ayasofya, temelinde 3×1.8 metrelik blok taşlar kullanılan, sayılı eserlerden biridir. Yapı, 30×34 boyutlarında bir alanı kaplamaktadır. Kilisenin, batısında narteks kısmı, doğusunda da yarım altıgen biçimindeki apsis kısmı yer alır. Sekizgen planlı orta mekan, köşelerinde yarım daire biçimli nişlerle genişletilmiştir.

Ana mekan üzerinde, köşelerindeki sekiz büyük ayak ile taşınan, 16 dilimli bir kubbe yer almaktadır. Orta mekandan dikdörtgen forma geçişi sağlayan koridorların üstü, tonozlarla geçilerek, üst katta galeri şeklini alır. Galeri katında eksedraların üstü, üç kemerle taşınan yarım kubbelerle geçilmiştir. Kilisenin yapıldığı dönemde, iç duvarların mozaiklerle bezeli olduğu sanılmaktadır. Bugün yapının iç yüzeyi tamamen sıvalıdır. Camide Bizans dönemine ait tek süsleme, orta mekanın etrafında, galeri katı seviyesinde, çok ince bir işçiliğe sahipbir arşidravdır. Ayaklar arasında yer alan kolonlar, kırmızı ve yeşil serpatinden olup, kolon başlıkları ile galeri katı seviyesindeki arşidrav, Marmara mermerindendir. 19 m. yüksekliğindeki kubbesi, sekiz ayaklı kemerlere oturmuştur. Son cemaat yeri beş sivri kemerli olup, üzeri kubbelidir. Sütun başlıkları baklavalıdır. Orta kubbe köşelikleri stalaktitlidir. Kemerlerde eski süslerin kalıntıları görülebilmektedir.

Caminin cümle kapısı, beyaz-pembe mermerdendir. Bu kapı üzerinde iki ayrı kitabe vardır. Bunlardan ortadaki caminin asıl kitabesidir. Arapça olan diğer kitabede, Hadis-i Şerif yazılıdır. Bu cümle kapısındaki ahşap kapı, çok harap olmakla birlikte, 16.yüzyıl ağaç işçiliğinin en güzel örneğidir. Küçük Ayasofya Camii’nin mihrabı, mermerden beş kenarlı ve yalındır. Üzerindeki tacı süslüdür. Mermer minberi de sadedir. Kapı üstünde, pembe mermerden, kenarları laleli bir taca sahiptir. Müezzin mahfili, sekiz kenarlı on sütun üzerindedir. Tavanı çatılı, korkuluğu sağırdır. Yapıdan ayrı ve caminin sağında yükselen minare, sekiz kenarlıdır. Cami bahçesinin güney kısmında, 24 odalı, geniş bir bahçesi ve ortasında şadırvanı olan Hüseyin Ağa Medresesi vardır. MedreseYesevi Vakfı tarafından restore edilmiş ve Türk el sanatlarının hizmetine verilmiştir. Caminin kuzeyinde ise Hüseyin Ağa Türbesi bulunmaktadır. Türbe sekiz köşeli olarak, moloz taş ve tuğladan yapılmıştır. İçerisinde iki sanduka bulunur. Avludaki sekizgen havuzlu, tarihi mermer şadırvan da, 1938 yılında yıkılmıştır.

Yapıda ilk hasar ve buna bağlı olarak ilk onarım, 9. yüzyıldaki İkonoklazma hareketleri sonrasında oluşmuştur. 1204 Latin istilası sonrasında da, iç süslemelerin onarılması gerekmiştir. 1504’te Hüseyin Ağa’nın yapıyı camiye çevirtmesi sırasında, yapının tüm iç süslemeleri değiştirilip iç kısmında güneydoğuya minber, kuzeybatıya müezzin mahfili, dış kısımında batı duvarı önüne, son cemaat yeri olmak üzere camiye özgü bazı bölümler eklenmiş; cephelerinde Osmanlı mimari özelliklerine bağlı olarak, farklı boyutlarda pek çok pencere açılıp, mevcut pencelerinde bir kısmı kapatılmıştır. 1648 ve 1763 depremlerinde yapı büyük hasar görmüş, 1831’de restore edilmiştir .

1870-1871’de camiyle güney deniz surları arasında kalan bölgeye, yapıdan yaklaşık5 m. mesafeden geçecek biçimde, demiryolu inşaa edilmiştir. Zemin seviyesinden1 m. yükseklikte bulunan demiryolu, yaklaşık 50 yıl tek hat olarak hizmet vermiştir. Her tren geçişinde güney duvarlarının taşları döküldüğü için, 1877’de Osmanlı örgü üslubuyla bir duvar örülmüştür. 20. yüzyılın başlarında demiryolu, zemin seviyesinden 3m. yükseltilerek, çift hatlı hale getirilmiştir. Balkan Savaşı sırasında, savaştan kaçanlar tarafından barınma mekanı olarak kullanılan yapı, Cumhuriyet döneminde 1937 ve 1955’te olmak üzere iki büyük onarım geçirmiştir. Daha önce sıvalı ve badanalı olarak bilinen yapının cephesi, 1955’ten sonra bakım görmüş ve kubbe kasnağı dışında tüm cephede, tuğla ve taş örgüleri görünür hale getirilmiştir.

Yapının güneybatı köşesine esas yapıdan bağımsız olarak bir minare inşaa edilmiştir. Kaynaklarda 18. yüzyılda Barok üslup özelliklerine sahip yeni bir minarenin yapıldığı belirtilmektedir. Bu Barok üsluptaki minarenin gövdesi sekizgen bir kürsüye oturtulmuş, gövde Barok profili kemerlerin üzerine yükselip, yukarıda bir bilezik kısmıyla şerefeye bağlanmıştır. Tamamen Barok süslemelere sahip şerefenin korkuluğu da, düz levhalardan yapılmıştır. Kurşun kaplı klasik bir külahı olan bu minare, bilinmeyen bir nedenle 1936 yılında kürsüsüne kadar yıkılmıştır. Bir süre yıkık duran minare, 1955 yılında günümüzdeki şeklini almıştır.