Язык мозаик прост и лаконичен. Изображения плоскостны, что характерно для средневекового искусства. Фигуры как бы распластаны на золотом фоне, еще более подчеркивающем их плоскостность, формы архаичны, грузны, жесты условны, складки одежд образуют орнаментальный рисунок. Яркие цветовые пятна - синяя одежда Богоматери, ее пурпурное с золотой каймой покрывало, красного цвета обувь - создают единое гармоническое звучание, свидетельствуют о богатстве палитры в мозаичном наборе. Набранная прямо на стене, как бы прощупанной руками мастера, с учетом всех неровностей этой стены, мозаика кажется органично слитой с архитектурой: фигуры будто выступают из фона, отражая падающий свет, смальта то слабо мерцает, то вспыхивает ярким цветом. Строгий ритм, торжественная каноническая неподвижность фигур святителей (они представлены в фас, между ними определенное пространство: фигура-цезура, фигура-цезура) не лишает их одухотворенные лица индивидуальности. По канону, заимствованному из Византии, у них у всех удлиненный овал лица, широко открытые глаза, и тем не менее Иоанна Златоуста не спутаешь с Василием Великим или

Григорием Нисским.

Живопись подкупольного пространства и апсид была исполнена в технике мозаики. Вся остальная часть украшена фреской, более дешевой и доступной формой монументальной живописи. На Руси именно эту технику ждало большое будущее. Во фресковой технике в Киевской Софии выполнены многие сцены из жизни Христа, Марии и архангела Михаила («Встреча у Золотых ворот», «Обручение», «Благовещение», «Встреча Марии и Елизаветы», «Сошествие во ад»), изображения праведников и мучеников и пр. Во многих фресковых циклах сказался, видимо, вкус заказчика, в них виден иной, чем у византийцев, лишенный аскетичности идеал, иные, русские типы лиц (например, фреска, изображающая св. Пантелеймона).

Мозаичный и фресковый цикл росписей Софии Киевской - это строго продуманная и единая по замыслу система, дающая живописное представление о вероучении, система, в которой каждая фигура и каждая сцена помогают раскрыть смысл целого. Небесная иерархия, начиная с Христа в куполе и кончая фигурами святителей в апсиде, представлялась как подобие земных связей, соподчинения.

В киевском храме среди многочисленных фресок имеются также и сугубо светские росписи: на южной стороне центрального нефа изображены фигуры дочерей князя Ярослава, а на северной - его сыновей (сохранились фрагментарно). В западной части центрального нефа, примыкающего к подкупольному пространству, была представлена композиция: князь Ярослав с моделью храма в руках. Кроме того, на стенах лестничных башен показаны эпизоды придворной жизни: состязания на царьградском ипподроме, цирковые представления, фигуры скоморохов, музыкантов, охота на волка, медведя, барса. Причем в этих сценах есть черты чисто русские. Так, изображены неизвестные в Византии животные, типично русские способы охоты. Языческое веселье в шумных пирах и разных развлечениях долго держалось в княжеском быту и нашло отражение даже в декоративном убранстве главного собора. Огромное место в декоре Софии занимает орнамент.