L'église est décorée avec des œuvres d'art par de grands maîtres des XVI et XVII siècles.
La première chapelle à droite contient une Flagellation et Transfiguration œuvre de Sebastiano del Piombo (1516-1524). Michel-Ange, qui s'était lié d'amitié avec Sebastiano à Rome a fourni des images qui ont été incorporées dans la Flagellation.
La seconde chapelle contient une fresque de Niccolò Circignani (Pomarancio)(1654) ainsi que quelques fresques de la Renaissance de l'école du Pinturicchio, une Sibylle allégorique et la Vertu attribuée à Baldassarre Peruzzi.
La quatrième chapelle comporte une fresque au plafond de Giorgio Vasari.
Bien qu'il n'y ait pas de pierre tombale, la tradition veut que Beatrice Cenci exécutée en 1599 pour l'assassinat de son père et rendue célèbre par Percy Bysshe Shelley soit enterrée soit dans cette chapelle ou en dessous du maître-autel.
Le plafond de la cinquième chapelle contient une autre fresque de Vasari, la Conversion de saint Paul. Le retable est attribuée à Giulio Mazzoni, tandis que les monuments funéraires de cardinal del Monte et Roberto Nobili sont de Bartolomeo Ammannati.
Jusqu'en 1797, le dernier chef-d'œuvre de Raphaël la Transfiguration honorait le maître-autel. Aujourd'hui elle est conservée à la Pinacothèque du Vatican.
L'autel présente actuellement un exemplaire (réalisé par Cammuccini) de la Crucifixion de saint Pierre de Guido Reni (conservée aussi au Musée du Vatican).
La dernière chapelle à gauche contient un Baptême du Christ, attribué à Daniele da Volterra ainsi qu'au plafond des fresques et des stucs de Giulio Mazzoni.
Un élève d'Antoniazzo Romano décora à fresque la troisième chapelle (Sainte Anne et Vierge à l'Enfant).
Dirck van Baburen, l'un des principaux représentants de l'École caravagesque d'Utrecht a peint la Mise au tombeau inspirée du Caravage pour la chapelle de la Pietà. Baburen a travaillé dans cette chapelle avec un autre artiste néerlandais, David de Heen, ce qui explique que les deux autres tableaux la Dérision du Christ et Agonie au jardin sont attribués indifféremment aux deux artistes.
La seconde chapelle à gauche, la chapelle Raimondi (1640), fut conçue par Gian Lorenzo Bernini. Elle comprend Saint François en extase de Francesco Baratta ainsi que des sculptures d'Andrea Bolgi et Vente Niccolò.