W XVII i XVIII wieku pod wpływem baroku całkowicie zmieniono wnętrze kościoła. Najpierw w latach 1648–1650 dla upamiętnienia ofiar epidemii i wojny trzydziestoletniej zbudowano z prywatnej fundacji Anny Gritzner barokową kaplicę zmarłych (obecnie baptysterium). Następnie zredukowano liczbę ołtarzy z 43 do 23, zatynkowano malowidła i usunięto wiele starych gotyckich obrazów, rzeźb i witraży w celu zapewnienia architekturze kościoła regularności i porządku oraz dostosowania wnętrza do potrzeb kontrreformacji i wybujałej sztuki barokowej. W 1690 roku powstała tzw. mała zakrystia, a w latach 1677–1679 kardynał Friedrich von Hessen ufundował barokową kaplicę boczną oraz okazały ołtarz główny z wielkim obrazem, ukazującym cudowne ocalenie Nysy podczas wojny trzydziestoletniej.
W latach 1650–1810 kościół stał się reprezentacyjną świątynią biskupów wrocławskich, którzy rezydowali wówczas w Nysie jako w swej stałej siedzibie. Dostosowując kościół do pełnienia tej nowej funkcji ufundowano w nim tron biskupi. Przy bazylice działała także w tym samym okresie przeniesiona z Otmuchowa kapituła kolegiacka, instytucja kościelna o poważnym wówczas znaczeniu. Świadectwem tego są zachowane bogato zdobione stalle dla kanoników.