![]() Façade de l'édifice. | ![]() Statue de Saint-Ferjeux. | ![]() Statue de Saint-Ferréol. |
L'entrée du chœur est ornementé de deux anges adorateurs en marbre blanc et de style néo-roman, s'articulant autour du maître-autel et conçus par le sculpteur franc-comtois Luc Breton vers 1860-1870, sur les plans d'Alfred Ducat, architecte de la Basilique Saint-Ferjeux. Le décor voisin fut mis en place par Denis-Philibert Lapret en 1808, et se compose d'une colonne en bois de style Néo-classique.
Une statue de la Vierge fut réalisée par Raymond Gayrard en 1858, sur laquelle s'ordonne dans la nef principale huit grandes peintures réalisées de 1892 à 1911 par Joseph Aubert. Elles forment un genre de grande frise sur laquelle figurent plus d'une centaine de personnages se distinguant sur un fond d'or. Cette œuvre fut largement inspirée des peintures d'Hippolyte Flandrin, conservées à l'église Saint-Vincent-de-Paul à Paris.
Les vitraux du bâtiment sont eux aussi tout à fait remarquables. En effet, la vitrerie atteste du renouveau de l'art du vitrail au XIXe siècle. Dans les années 1878-1879, fut ajoutée la plupart des baies du chœur et des basses nefs, réalisées par l'artiste peintre verrier Henri Fleur, illustrant le plus souvent des scènes bibliques et hagiographiques. Un des vitraux collatéraux nord présente de manière spectaculaire la défaite des Huguenots qui, en 1575, tentèrent de s'emparer de Besançon qui était alors une cité catholique et impériale.
De nombreux autres tableaux remarquables ornent le bâtiment, notamment Notre-Dame Libératrice signée en 1815 par François-Laurent Jourdain et située au-dessus des fonts baptismaux ou encore Sainte Philomène conduite au martyre, œuvre d'Édouard Baille et non datée.