Усередині собор Святого Петра вражає своїми масштабами: довжина 186 м, висота у центральному нефі – 45 м, а з куполом – і всі 119 м. У центрі головного нефа плити містять розміри найзначніших кафедральних соборів світу, що дозволяють зіставити їх з розмірами собору. На червоній порфіровій плиті Головного порталу, там, де був колишній вівтар, папа Лев III на Різдво 800 р. поклав корону римського імператора на голову Карла Великого. У четвертого стовпа праворуч – бронзова статуя св. Петра (XIII ст.), чия права ступня відполірована поцілунками віруючих.
На додаток до головного купола та восьми бокових інтер’єр собору Святого Петра прикрашають 800 колон та 390 колосальних статуй з туфу, мармуру, гіпсу та бронзи. Тут є 45 окремих вівтарів. Відвідувачі потрапляють до базиліки через масивні бронзові двері. Поруч є «Святі двері», які відчиняються лише для того, щоб тато проголосив свято чи святий рік.
Купол собору
Подвійний купол собору діаметром 42, 2 м над папським вівтарем спирається на потужні стовпи, а між ними у нішах стоять статуї св. Олени, св. Вероніки, св. Лонгіна та св. Андрія. На кільці купола латинська напис: «Ти – Петро, і на цьому камені Я створю Церкву Мою… І дам тобі ключі Царства Небесного». Над галереєю всередині тамбуру між двома шарами купола сходів ведуть до ліхтаря, звідки відкривається грандіозний вид на площу Святого Петра, на Ватикан та Рим (вхід у лівому бічному нефі або праворуч у притворі).
Папський вівтар
Над Папським, або Головним, вівтарем на чотирьох кручених позолочених колонах – величезний бронзовий балдахін (ківорій), створений у 1633 році. Берніні на замовлення папи Урбана VIII. Перед вівтарем подвійні сходи ведуть донизу, до Confessio – місця, де імовірно знаходиться гробниця апостола Петра. Ще один шедевр Берніні – кафедра св. Петра в апсиді. Чотири Отці Церкви підтримують єпископське крісло Петра, над спинкою якого два шляхти тримають ключі і тіару – символи папської влади, а над ними ширяє символ Святого Духа.
Апсида
У першій капелі правого бокового нефа зберігається велике творіння Мікеланджело – скульптурна група «П’єта», створена на замовлення французького кардинала Жана Білера де Лагрола (тоді йому було 24 роки) для його майбутнього надгробка (1498-1499). Молода Марія тримає на колінах знятого з хреста Христа. Мікеланджело залишив свій підпис на стрічці на грудях Марії. З багатьох папських надгробків у бічних нефах особливо вражає барокове надгробок папи Олександра VII – найбільше драматичне творіння Берніні (1672-1678). Оточений чотирма постатями чеснот тато дивиться на свою смерть.
Ватиканські гроти
Ватиканські гроти (Sacre Grotte Vaticane), туди спускаються від колон на перетині поздовжнього та поперечного нефів; вони є крипту, побудовану під час зведення нової базиліки. Тоді рівень підлоги було піднято на 3,5 м. Під Головним вівтарем – раку зі святими мощами, тут поховані папи Пій XII, Іоанн XXIII, Павло VI та Іоанн Павло I. Ці гроти до німецького цвинтаря Ватикану, що ліворуч від собору.