L'interno è a tre navate.

Misura in lunghezza 90 metri, in larghezza 24 metri ed il soffitto a cassettoni della navata centrale è alto da terra 19 metri.

Negli anni 1973-1973, sono stati fatti dei restauri. che hanno interessato principalmente le navate laterali ed il coro, che erano stati deturpati dai restauri ottocenteschi.

Si è cercato di riportare tutto il complesso all'originale disegno di Giuliano, salvo il presbiterio.

Nella sua semplicità il disegno è incantevole e lo sguardo scivola su capitelli, sguinci, rilievi e si soddisfa.

Una pace interiore sembra avvolgere il visitatore, che è portato a fermarsi e a meditare.

L'interno ricorda molto quello della Basilica di S. Lorenzo e della Chiesa di S.Spirito a Firenze, opere del Brunelleschi, di cui Giuliano da Sangallo fu il più fedele prosecutore delle indicazioni architettoniche.

Le tre navate sono divise da otto colonne monolitiche ornate da bellissimi capitelli, opera di Domenico di Giacomo da Firenzuola (1499).