L’interno si presenta come una vasta sala, molto luminosa e gradevole per l’armonia e la purezza delle linee; un’ architettura nuova per quel tempo a Faenza, con forme tendenti al classicismo palladiano.
Ai lati troviamo 8 cappelle, 4 a sinistra e 4 a destra, tra una e l’altra, i pilastri portano in 5 nicchie pregevoli statue in gesso di Petronio Tadolini, raffiguranti i 4 Evangelisti e l’allegoria della Fede.
Lo spazio sotto la cupola è definito da 4 colonne, mentre un solenne colonnato corinzio semicircolare inquadra il presbiterio, che nella nuova costruzione conserva lo splendido coro ligneo cinquecentesco della vecchia chiesa, opera del padre domenicano Domenico Paganelli con esecuzione del 1623.
Il fonte battesimale è stato realizzato nel 1942 dagli artisti faentino Pietro Melandri per la parte in maiolica, ed Antonio Vassura per la parte in marmo.
Il confessionale e il pulpito, riccamente intagliati, sono opera dell’ebanista Domenico Bianchedi e sono databili al 1765.
A partire dalla parte destra verso l’ingresso è possibile vedere un notevole crocifisso ligneo di cultura nordicizzante riconosciuto a Giovanni Teutonico e databile agli anni 1475-1480.
Al centro dell’abside è esposto un ritratto di San Pio V Ghislieri dipinto nel 1702 da Giuseppe Bartolini.
La seconda cappella conserva la Visitazione di Maria  a santa Elisabetta con sullo sfondo la Crocifissione di Cristo. L’attribuzione databile tra il 1766 e il 1767 è incerta e dibattuta tra Giovanni Gottardi o a Cristoforo Unterberger.