Фрески украшали в древности все боковые стены Софийского собора, галереи, башни и хоры. В XVII веке первоначальная живопись во время ремонта частично обновлялась клеевой краской. На рубеже XVII-XVIII веков древние фрески Софийского собора в Киеве, в то время поврежденные, были оштукатурены и забелены. В XVIII веке на первоначальной стенописи были сделаны новые масляные изображения, которые отвечали требованиям эпохи. В середине XIX века фрески были расчищены из-под росписи XVIII века и снова закрыты масляной живописью, которая не отличалась художественной ценностью, хотя сюжеты её в основном повторяли иконографическую схему древних фресок, сохранившихся к тому времени.
В центральном подкупольном пространстве видим многофигурные евангельские сцены повествовательного характера - о деяниях и жертве Христа, о распространении христианского вероучения. В древности композиции размещались в хронологической последовательности по кругу, слева направо, сверху вниз тремя регистрами. Начальные сцены цикла были изображены на своде трансепта и западной части центрального нефа. Ни одна из фресок верхнего регистра не сохранилась до наших дней.
Сцены среднего регистра размещены под сводом над тройными аркадами и начинаются в северной части трансепта двумя композициями - "Отречение Петра" и "Христос перед Каиафою". Далее повествование переходит на южную часть трансепта, где размещена композиция "Распятие". Остальные фрески среднего регистра не сохранилась.
Фрески нижнего регистра размещены над восьмигранными столбами трансепта. На северной стене Софийского собора сохранились сцены "Сошествие Христа в ад" и "Явление Христа женам-мироносицам", на южной - "Уверование Фомы" и "отсылки учеников на проповедь". Наряду с последней композицией на смежной стене видим заключительную сцену всего евангельского цикла - "Сошествие святого духа".
Особую ценность среди фресок Софийского собора составляет групповой портрет семьи Ярослава Мудрого. Композиция находилась на северной, западной и южной стенах главного нефа. О центральной части этой композиции, размещенной на западной стене, которая не сохранилась, известно из рисунка Абрагама 1651 года. На рисунке изображены Ярослав Мудрый с макетом Софийского собора в руке, жена Ярослава княгиня Ирина. Они идут к фигуре Христа, у которого, возможно, стояли князь Владимир и Ольга - основоположники христианства на Руси. За Ярославом и Ириной в торжественной процессии шли сыновья и дочери. От этой большой композиции сохранились четыре фигуры на южной стене центрального нефа и две на северной.