L'interno è a navata unica con tre campate con la copertura centrale,realizzata da Francesco Fontana con 5 cappelle laterali sia a destra che a sinistra ,l'abside poligonale adornato con la crocifissione di S.Pietro di Vincenzo Camuccini sull'originale di Guido Reni,in sostituzione della trasfigurazione di Raffaello ora esposto presso la cappella sistina in S.Pietro
Nella volta le pitture e gli stucchi sono attribuiti a Giulio Mazzoni.
Nella prima cappella di destra : "Flagellazione di Gesù con i S.S.Francesco e Pietro " olio a muro di Sebastiano del Piombo"
Nella seconda : Quadro Madonna della lettera (Affresco di Niccolò Carciniani detto il Pomarancio 1516-1596)e nel catino affreschi di Baldassarre Peruzzi:
Incoronazione della vergine Santissima.
Nella terza :Presentazione al tempio Immacolata e Annunciazione di Michelangelo Cerruti mentre le sibille sono da attribuire a Baldassarre Peruzzi 1481-1536
Nella quarta : si nota il soffitto affrescato dal Vasari che inserisce a sinistra un suo autoritratto in abito nero.
Nella quinta : progettata da Giorgio Vasari Conversione di S. Paolo e ai lati monumenti funebri di Antonio e Fabiano del Monte statue della giustizia e della religione scolpite da Bartolomeo Ammannati.
Ai lati dell'altare giganteggiano 2 angeli marmorei Risalenti al secolo XIX
Nella quinta cappella di sinistra: architettata da Daniele da Volterra e raffigura il Battesimo di Gesù con affreschi e stucchi di Giulio Mazzoni 1568 S.Pietro e S.Paolo di Leonardo Sormani.
Nella quarta: Deposizione di cristo portacroce di Dirk van Baburen 1617,e cristo deriso orazione nell'orto di David de Haen
Nella terza: un allievo di Antoniazzo Romano ha affrescato la cappella e alla stessa mano si deve S. Anna al trono con la vergine e il bambino ,che sovrastano l'altare.
Nella Seconda: realizzata dal Bernini 1640 per il marchese Marcello Raymondi il bassorilievo Estasi di S.Francesco di Francesco Baratta.
Nella Prima: Stimmate di S.Francesco, funerali del Cardinal Dolera, S.Nicola e S.Caterina dipinti da Giovanni de Vecchi 1594. Nell'ingresso a sinistra Monumento di Giuliano da Volterra 1510. realizzato da scuola del Bregno.
Sul lato sinistro della navata della chiesa vi sono le tombe dei Conti Irlandesi.