Собор займав визначне місце у плануванні всього «Ярославового міста», будучи композиційним центром цілого архітектурного ансамблю. Півколом із заходу його оточували монастирі Георгія, Ірини та церква невідомої назви, рештки якої виявлено розкопками у північно-західному кутку Софійського подвір’я. Навколо собору ще в XI ст. були побудовані міцні кам’яні стіни, що створювали своєрідний «дитинець» митрополії в Ярославовому місті.
Верхи веж та бань Софійського собору здіймались над містом і виднілися з усіх під’їздів до Києва. До нього сходилися вулиці від чотирьох головних воріт міста.
В основному ядрі Софійського собору лежить тип п’ятинефного хрестовокупольного храму. З трьох боків він був оточений двома рядами галерей — двоповерховою внутрішньою і одноповерховою зовнішньою з відкритим балконом — «гульбищем». Згодом у ХІІ ст. над цими галереями був надбудований другий поверх.
З заходу до собору були прибудовані дві масивні асиметрично поставлені вежі, в яких широкі сходи вели на другий поверх — «податі». Такі вежі не були характерні для візантійської архітектури, і в цьому ми можемо вбачати певний зв’язок з традиціями романської архітектури Європи.
Композиція собору має чітко виявлений об’ємний характер й однаково парадно сприймається з усіх боків. Дванадцять бань, пірамідально групуючись біля центральної, завершують живописно-об’ємну композицію собору, підкреслюють наростання маси до центру. Це наростання підкреслюється також потрійним спадом півциркульних склепінь над розгалуженнями архітектурного хреста. Цей прийом в подальшому стає дуже важливою особливістю ряду напрямів у давньоруському зодчестві.
Важливу роль в оформленні внутрішнього простору собору було приділено мозаїкам та фресковому розпису, що багатокольоровою гамою вкривали склепіння, стіни, стовпи.
За майстерністю виконання, масштабами та силою художньої виразності мозаїки та фрески Софійського собору в Києві є визначним явищем у світовому мистецтві.
Церкви княжих монастирів Георгія та Ірини, а також церква XI ст. невідомої назви в садибі будинку на Стрілецькій вулиці відомі ще за археологічними дослідженнями. У планах вони схожі між собою: це були хрестовокупольні тринефні споруди, оточені з трьох боків галереями. У церкві, що на Ірининському провулку, досліджено в північно-західній частині вежу, де містилися сходи на хори. Композиція всіх трьох споруд наближалася до центричної, як і в Софійському соборі. Завершувалися вони, як можна гадати, п’ятьма банями. Усі особливості будівельної техніки свідчать про те, що їх будували майстри школи будівничих Софійського собору.
Близькою до цих храмів була архітектура останнього храму стильового напряму часів Ярослава Мудрого — собору Дмитрівського монастиря, побудованого наприкінці 50-х років XI ст. князем Ізяславом Ярославичем.
У будівельній техніці, яка до початку XII ст. по всій Русі в основному зберігала методи й прийоми доби розквіту Київської держави, поступово зростало використання місцевих будівельних матеріалів. В області Середнього Придніпров’я, де, наприклад, поблизу великих міст не було каміння, цегла все більше починає заміняти його у кладці стін.
Змішаний спосіб поволі замінюється способом кладки утопленими рядами. У церкві Спаса на Берестовім (кінець XI — початок XII ст.) цей спосіб остаточно витіснив змішаний.
В архітектурі великих центрів Русі все більше починають проступати місцеві риси, що згодом розвинуться в школах зодчества окремих областей Русі.
Першими спорудами другої половини XI ст., в котрих ще проступали риси архітектури попередніх часів, були Михайлівський собор Видубицького монастиря у Києві та храм-мавзолей Бориса і Гліба у Вишгороді.
Михайлівський собор Видубицького монастиря було закладено 1070 р. князем Всеволодом Ярославичем у мальовничій місцевості на південній околиці Києва — Видубичах, де сходилися важливі дороги на південь та південний схід. Поруч знаходився заміський князівський «Красний двір», що часто служив резиденцією князів династії Мономаховичів. Княжий, придворний, характер монастиря наклав відбиток на архітектуру собору. Собор будувався довго, до 1088 р. У плані мав восьмистовпну схему, причому головний купол розташовувався в геометричному центрі будови. Незвичайно широкий нартекс вміщує в собі з лівого боку круглу в плані вежу, 6 якій влаштовані сходи на хори. Вежа на відміну від попередніх будов стоїть не окремо, а наче втиснута в товщу північної стіни нартекса й утворює на північному фасаді криволінійний виступ.