À l’intérieur de l’église, on pénètre dans une large nef de 60 mètres long, avec voûte en berceau ornée de fenêtres possédant de très beaux vitraux. Ses sept grandes arcades ovales sont surmontées d'une corniche très saillante qui fait le tour du bâtiment. Deux larges balcons arrondis, en ferronnerie, surplombent la nef. À cette hauteur, on apprécie particulièrement la vue plongeante sur le chœur et le maître-autel en marbres blanc et colorés, accosté de deux anges et d'un tabernacle, datant de 1751, œuvre du sculpteur avignonnais Jean-Bapstiste Péru (fils de Jean Péru). Autour du chœur, les grilles en fer forgé dédiées aux évangélistes sont du serrurier bordelais Jean Moreau et datent de 1781. Ornées de rubans Louis XV et de médaillons, elles sont couronnées de deux bas-reliefs dorés : L’Ascension du Seigneur et L’Assomption de Marie. Derrière l’autel, les fresques de l’abside, plus tardives (1834), représentent des scènes de la vie de Notre-Dame (Présentation au Temple, mort de Jésus, Visitation).
On peut aussi voir dans cette église six tableaux du peintre André Jean, en religion dit : le Frère André, datés de 1712, 1714, 1718, 1731, 1732 et 1735.
De chaque côté, la nef est bordée par des bas-côtés sur lesquels s’ouvrent des chapelles peu profondes. Les deux plus grandes chapelles, à droite et à gauche de l’autel, comportent deux magnifiques retables bien caractéristiques de l’époque.
À gauche, dans la chapelle Notre-Dame du Rosaire, également chapelle du Saint Sacrement, le retable met en valeur une statue de la Vierge à l’enfant. Mais l’intérêt de la chapelle vient surtout d’une série de tableaux de Frère André :
- Saint Pie V, pape dominicain qui mit en œuvre les réformes du Concile de Trente, représenté en prière pendant la bataille de Lepante, où l’Occident l’emporta sur les Turcs.
- Sainte Rose de Lima, jeune sainte dominicaine du Pérou. La Vierge lui confie son enfant.
En avançant dans le bas côté, vers le fond de l’église, on trouve deux autres tableaux de Frère André : saint Pierre de Vérone, martyr dominicain, et saint Thomas d’Aquin, qui refuse l’épiscopat pour se consacrer à son œuvre doctrinale.
En remontant l’autre bas-côté, à droite de la nef à partir de l’entrée, on remarque d'abord un tableau récent consacré à sainte Thérèse de l’Enfant Jésus, œuvre du peintre M. Roganeau. Puis, de nouveau, un tableau de Frère André représentant sainte Catherine de Sienne, grande figure dominicaine qui exerça une forte influence sur l’Église de son temps. Enfin, dans la chapelle saint Joseph, près du chœur, trois autres tableaux : un très grand représentant l’Annonciation puis saint Raymond de Peñafort, traversant miraculeusement la mer; et saint Hyacinthe, dominicain de Kiev, en Ukraine, qui fuit l’invasion tartare en sauvant le Saint Sacrement et la statue de Notre Dame.
