В 1894 г. русский исследователь Дмитрий Фёдорович Беляев в составе научной миссии РАИК посещал музей в сопровождении турецких гидов и послов. Он описал архитектуру храма, а также старинное оружие, развешанное на стенах алтаря и разложенное на синтроне, который был обшит деревом вместо мраморного покрытия. В храме святой Ирины миссию застало землетрясение; храм от сильных подземных толчков быстро покрылся трещинами до самого барабана, но при этом никто не пострадал. В 1939 г. из храма святой Ирины была убрана турецкая экспозиция, и он был передан в состав музея собора Святой Софии. В XX в. в ходе археологических исследований южнее храма были обнаружены захоронения византийской эпохи, к юго-востоку от него – большая цистерна для воды. В настоящее время храм частично открыт для посещения как филиал музея собора Святой Софии. Храм Святой Софии и храм святой Ирины, составляя единое литургическое целое, были главным символом церковного и политического могущества столицы и империи. Храм святой Ирины (внешние размеры 100×34 м, внутренние – 97×28,5 м) был одним из самых крупных архитектурных проектов императора Юстиниана I Великого. По площади его превосходили только храмы Святой Софии (532–537 гг.; 77×71 м) и, скорее всего, как полагают исследователи, святых Апостолов (536–550 гг.; точные размеры исследователям неизвестны). Прокопий пишет, что площадь храма святой Ирины была меньше только площади собора Святой Софии. Среди базилик храм святой Ирины был наиболее протяжённым в длину, но базилика Богородицы Халкопратийской (между 450 и 460 гг.; около 69×31 м) превосходила его по ширине. В архитектуре храма святой Ирины исследователи выделяют четыре основных строительных этапа: во время правления Константина I Великого, когда церковь представляла собой простую базилику; возведение купольной базилики при Юстиниане I Великом после 532 г.; перестройки после пожара 564 г. и после землетрясения 740 г. В настоящее время храм святой Ирины – трёхнефная купольная базилика с нартексом, атриумом и пятигранной апсидой с вимой. Наос храма святой Ирины состоит из центрального подкупольного пространства и примыкающего к нему с запада меньшего по глубине компартимента. Квадратное в плане центральное пространство перекрыто куполом на барабане. Барабан имеет сложные очертания: у основания – квадрат со скруглёнными углами, который ближе к оконным проёмам приобретает форму правильного круга, переходящего в низкий купол. Переход от мощных подпружных арок к барабану осуществляется через паруса правильной треугольной формы. Северная и южная арки достигают внешних стен, таким образом образуя рукава подкупольного креста на всю глубину боковых нефов. Восточная подпружная арка перекрывает виму и через двухуступчатую триумфальную арку соединяется с конхой апсиды. Западная подкупольная арка служит одновременно опорой для свода западного компартимента наоса. Он перекрыт купольным сводом сложной эллиптической формы; его северная и южная подпружные арки также доходят до внешних стен. Центральный купол опирается на мощные пилоны, между которыми поставлено по четыре колонны, служащие опорами для хоров над боковыми нефами.