За многовековую историю собор полностью утратил свой первоначальный облик. До наших дней от постройки XI века сохранились
лишь фундамент, нижняя часть стен и столбов, три
восточные алтарные апсиды апсида – часть храма, выступающая за границы основного сооружения, обычно полукруглой, многогранной или прямоугольной формы, перекрытая полукуполом или сомкнутым сводом, предназначенная для алтаря . Археологические
раскопки и летописные источники дали возможность
исследователям с большой степенью вероятности
представить его первоначальный облик: большой
пятинефный неф – это вытянутое помещение или часть интерьера храма, ограниченная с одной или двух продольных сторон рядом колонн или столбов трёхапсидный крестово-купольный храм крестово-купольный храм – это архитектурный тип храма византийского происхождения, основу объёмно-пространственной композиции которого составляет равноконцовый крест с центральным куполом на средокрестии,
почти квадратный в плане, со сложным семикупольным
завершением.

Ряд особенностей отличает строительную
технику полоцкого собора от современных ему киевских и
новгородских храмов. Если в киевском соборе преобладает
кладка из плоского кирпича, а в новгородском – из
естественного камня, то стены полоцкой Софии были
возведены в смешанной технике, совмещавшей ряды из
естественного камня с рядами кирпичной кладки
(«спрятанный ряд»).