Ανάμεσα στις σημαντικότερες σωζόμενες βασιλικές του νησιού βρίσκεται ο ναός της Αγίας Σοφίας στο Πάνορμο. Παρότι η αφιέρωση του ναού δεν είναι γνωστή, η παράδοση έχει διατηρήσει την ονομασία «Αγία Σοφία» τόσο για τον ναό, όσο και για την θέση όπου βρίσκεται. Η βασιλική ανασκάφηκε από τους Κ. Καλοκύρη και Ν. Πλάτωνα μεταξύ του 1947 – 1955. Σύμφωνα με τους ανασκαφείς αποτελούσε την έδρα της επισκοπής Ελευθέρνης, η οποία μεταφέρθηκε μετά την καταστροφή της αρχαίας πόλης στο Πάνορμο. Ο αρχικός ναός κατασκευάστηκε στο τέλος του 5ου αι., ενώ οικοδομικές παρεμβάσεις πραγματοποιήθηκαν σε δύο φάσεις κατά τον 6ο αι.
Ο ναός έχει πλούσιο και σημαντικό γλυπτό διάκοσμο, κίονες, κιονόκρανα και θωράκια. Ήταν κατασκευασμένος στον τύπο της τρίκλιτης ξυλόστεγης βασιλικής με προεξέχον εγκάρσιο κλίτος σε σχήμα Τ. Τα τρία κλίτη του ναού χωρίζονταν μεταξύ τους με υψηλούς στυλοβάτες που έφεραν κίονες με κορινθιακού τύπου κιονόκρανα του 5ου -6ου αιώνα. Πάνω τους στηρίζονταν οι κίονες του υπερώου ιωνικού τύπου.
Το μεσαίο κλίτος ήταν ευρύτερο και τελείωνε σε μια μεγάλη ημικυκλική αψίδα, όπου αποκαλύφθηκαν ίχνη σύνθρονου. Στον χώρο νότια του Ιερού Βήματος (παστοφόριο) υπάρχει μεταγενέστερη κτιστή κατασκευή, η οποία θεωρείται κολυμβήθρα.
Τα δάπεδα των κλιτών ήταν πλακόστρωτα στο βόρειο και κεντρικό κλίτος και από πατημένο (συμπιλιτό) χώμα στο νότιο. Δυτικά έχει νάρθηκα και αίθριο, στο κέντρο του οποίου υπάρχει μεγάλη δεξαμενή. Βόρεια και δυτικά υπάρχουν αρκετά προκτίσματα των οποίων η χρήση δεν είναι αρκετά ξεκάθαρη. Παρά την καταστροφή που υπέστη ο ναός κατά τις αραβικές επιδρομές τον 7ο αι., η αποκάλυψη νομισμάτων του Λέοντα ΣΤ (886 – 912) και οι επιγραφές μικρογράμματης γραφής σε πεσσούς και θωράκια υποδεικνύουν την χρήση του χώρου μέχρι τον 9ο αι.
