Günümüze ulaşmış hali, Osmanlı döneminde ve 20. yüzyılin ikinci yarısında geçirdiği onarımların sonucu. Yapı, ilk önce manastır olarak 534 yılında I. Justinianus döneminde Aziz Teodius tarafından yapılmış daha sonra da çeşitli onarım ve düzenlemelerden geçirilmiş.
Yapının önemi, Bizans İmparatorluğu’nun imparatorluk sarayı ve devlet idare merkezinin, Haliç kıyısında, surlara yakın bir yerde konumlanmış olan “Blackhernai Sarayı”na taşınmasıyla artmış. Bina Fatih Sultan Mehmet’in İstanbul’u fethinden 58 yıl kadar sonra 1511 yılında Sultan II. Bayezid’in sadrazamlarından olan Atik Ali Paşa tarafından camiye dönüştürülmüş ve “Atik Ali Paşa Camii” veya “Kariye Camii” olarak anılagelmiştir. Bu dönüştürme sırasında bu eski kilisenin duvaraları üzerinde bulunan mozaik ve freskler sıva ile kaplanmış. Fakat cami olarak yapıya sadece köşesindeki minare ve içeride güneydoğu köşesindeki mihrap eklenmiş ve yapının orijinalliğinin korunmasına çalışılmış.
Bakanlar Kurulu’nun 29 Ağustos 1945 tarihinde aldığı karar ile müzeye çevrilen Kariye Camisi’nde 1948’den 1958’e kadar yapılan çalışmalar sonucunda tüm mozaik ve freskler ortaya çıkarılmış. 1956’da açılan yapı, “Kariye Müzesi” adıyla günümüzde de müze olarak hizmet vermekte.
Kariye mozaik ve freskleri Bizans resim sanatının son dönemine ait (14. yy.) en güzel örnekleri olarak görülmekte. Gerek duvarlarda, gerekse tavandaki mozaik betimlemeleri günümüze çok az hasarla ulaşan yapıdaki mozaiklerin yanı sıra renkli ve desenli mermer süslemeler de dikkat çekmekte. Müze, her gün ziyarete açık.