Łaciński napis na cokole głosi: „Zrozum za sprawą tego oto symbolu, że niewzruszona prawda wymaga krzepkiego rozumu” (Documentum intellige robustae mentis esse solidam sapientiam sustinere).
Kościół ma plan bazylikowy, 3-nawowy, z transeptem szerszym od nawy głównej i naw bocznych; budowlę otaczają kaplice boczne z wyjątkiem fasady i apsydy.
Wewnątrz znajdują się grobowce papieży: Klemensa VII, Leona X, Pawła IV, Urbana VII oraz św. Katarzyny ze Sieny, Doktora Kościoła, patronki Włoch, malarza Fra Angelico i arcybiskupa Toledo Bartłomieja Carranzy. W krypcie spoczywa także Józef Szymanowski (1779–1867), polski generał z okresu powstania listopadowego.
Na prawym końcu transeptu znajduje się bogato dekorowana freskami kaplica Carafa (nazywana tak od kardynała Oliviero Carafy, fundatora zdobień (wcześniej kaplica należała do rodziny Rustico). Kaplica jest poświęcona Wniebowzięciu Najświętszej Maryi Panny i św. Tomaszowi z Akwinu. Została poświęcona 1492 roku. Łuk triumfalny kaplicy przypisywany jest Mino da Fiesole, Andrei del Verrocchio i Giuliano da Maiano. Z kolei Filippino Lippi namalował malowidło do ołtarza, jak i freski na ścianie i sklepieniu.