Першу дерев’яну дзвіницю Софійського собору добре видно на малюнку голландського мандрівника середини XVII ст. Абрагама ван Вестерфельда. Вона мала чотири яруси, проїзд, галереї й розташовувалася праворуч від собору, якщо дивитися з боку площі. З огляду на це зображення та план Києва 1695 року, виконаний полковником Ушаковим, деякі дослідники вважають, що тоді біля стін Софії водночас існувало дві дзвіниці. Їх побудували в 1630–1640 роки за митрополита Петра Могили. Судячи з малюнка, одна дзвіниця була покрита шатровим дахом, друга – представлена у вигляді в’їзної вежі. Перша, ймовірно, призначалася для великого дзвону; у другій знизу було влаштовано ворота для проїзду, а вище розташовувалися галереї з малими дзвонами. Проте пожежа 1697 року знищила всі ці дерев’яні споруди.
Софія Київська. Малюнок А. Вестерфельда. 1651 рік
Вже через два роки почали зведення нової дзвіниці. Згідно з проектом вона мала бути кам’яною з трьома ярусами. До того часу місце перед монастирем, куди сходилися дороги від чотирьох воріт Верхнього міста, остаточно сформувалося у площу. Для реалізації гармонійного ансамблю містобудування дзвіницю вирішили розташувати східніше від Софійського собору. Це не зовсім відповідало канонам, однак формувало архітектурну гармонію й створювало своєрідне перекликання дзвіниць двох соборів – Софійського та Михайлівського. Будівництво закінчили в 1706 році. Але вже через декілька років верхня частина почала тріскати, наражаючи на поступове руйнування всю будівлю. Адже споруду, зі стінами нижнього ярусу товщиною 1,5–2 м, звели на місці колись засипаного яру. У 1742 році Київ пережив землетрус, що загострило проблеми дзвіниці, внаслідок чого виникла необхідність у її кардинальній переробці. Верхню частину повністю розібрали, а міцний нижній ярус використали для нового будівництва. Було збережено й багату ліпнину: рослинний орнамент, барельєфи, що зображують голівки ангелів і чоловічі фігури, ніби одягнуті в українські свитки, підперезані пасками. Увінчала дзвіницю баня у стилі бароко, прикрашена золотими зірками на блакитному полі. Відновлювальними роботами керував відомий зодчий Йоганн-Готфрід Шедель, який у ті ж роки зводив дзвіницю Києво-Печерської лаври, будував Браму Заборовського, добудовував митрополичі покої Софії.
Ліпнина на нижньому ярусі. 1900-ті роки
Перебудування тривало з 1744 по 1748 рік. За свідченнями, що збереглися, саме після цього колір стін став синім, а ліпних зображень – світло-жовтим. Одяг на барельєфних фігурах, обличчя і волосся останніх також розфарбували. На першому й другому ярусах ліпнина виконувалася руками з лісів, просто на місці по свіжій штукатурці. З зовнішнього боку на третьому ярусі з’явилися зображення рівноапостольного князя Володимира та апостола Андрія. Всередині на тому ж рівні дзвіницю прикрасили барельєфи небесних покровителів київських митрополитів Рафаїла Заборовського й Тимофія Щербацького – архангела Рафаїла та апостола Тимофія.
Після секуляризації церковних володінь збіднілий Софійський монастир вже не мав коштів для підтримання на належному рівні будівель на подвір’ї, зокрема дзвіниці. Архітектор Андрій Меленський у перші роки ХІХ ст. свідчив про занепад монастиря й наголошував на потребі збудувати нову баню. Але руки до цього дійшли лише в середині ХІХ ст. Тоді за проектом Павла Спарро було надбудовано звичний нам сьогодні четвертий ярус. В овальному вікні третього ярусу розташували годинник. Саму дзвіницю пофарбували в два кольори, білосніжний і яскраво-блакитний, і увінчали грушеподібною банею, яку вкрили мідними листами. Цікавий той факт, що баня ніяк не закріплена і тримається в стінах завдяки власній вазі.
Пошкодження дзвіниці після обстрілу військами Муравйова. 1918 рік
На початку ХХ ст. дзвіниця стала свідком багатьох важливих історичних подій: зборів, мітингів, парадів. Її дзвони проголошували першу Українську республіку. Наприкінці січня 1918 року важка артилерія військ більшовиків під командуванням Муравйова варварськи обстріляла Київ. Тоді Софійська дзвіниця, як і багато інших будівель, що були архітектурними домінантами, отримала серйозні ушкодження. Міцно встановлена за деякий час радянська влада по-своєму вирішила долю Софії. На щастя, її оминула печальна доля багатьох київських храмів, зруйнованих богоборцями: частина комплексу собору в 1934 році перетворилася на історико-архітектурний заповідник. Богослужіння припинили, а дзвони зняли й переплавили. Колись їх на дзвіниці було двадцять: п’ять великих (Рафаїл, Мазепа, Напівєлейний, Повсякденний та Постовий) девять середніх і шість малих. Єдиний, що зберігся до наших днів – великий дзвін «Мазепа». Він був виготовлений 1705 року на кошти Івана Мазепи, тому і отримав ім’я на честь гетьмана. Цей дзвін, закріплений на другому ярусі та налаштований на ноту ре.
Вид на дзвіницю з боку подвір’я Софії. 2000-ні роки
Влітку 1941 року, коли нацисти почали авіаційні нальоти на Київ, баню Софійської дзвіниці з метою світломаскування пофарбували суриком, і лише в середині ХХ ст. відновили в позолоті. Але глобальну реставрацію пам’ятки провели уже в наш час, на зміні тисячоліть. Тоді оновили хрест, наново позолотили баню, відреставрували декоративне оздоблення стін, відлили і встановили двадцять бронзових дзвонів загальною вагою 835 кг. Нині, як і раніше, дзвіниця Софійського собору – прикрашає Старе місто, а з її оглядових майданчиків відкриваються прекрасні панорами Києва.