L'interno della chiesa è a tre navate, precedute da un endonartece, e con un matroneo, che corrisponde in parte all'antico locale adibito a biblioteca. Le pareti delle navate e del matroneo sono dipinte con pitture a tempera, realizzate prima del 1888, raffiguranti storie dell'Inghilterra cattolica. Lo stesso soggetto è espresso nelle vetrate degli oculi della navata destra; in 16 clipei sono inoltre raffigurati santi inglesi. Nel matroneo si ripetono le 34 storie dei santi e martiri inglesi del Pomarancio, andate perdute, ma ricordate da incisioni di Giovan Battista Cavalieri (1583).

Nella chiesa sono presenti alcune delle opere che ornavano la precedente chiesa cinquecentesca. Tra questi: la pala dell'altare maggiore, raffigurante la Santissima Trinità con angeli e i santi Tommaso di Canterbury e Edmondo re di Durante Alberti (circa 1583); la lapide sepolcrale di John Weddisbury, priore di Worchester (1518); il monumento funebre di Thomas Dereham di Ferdinando Fuga e Filippo Della Valle (1739); il monumento funebre del cardinale Christopher Bainbridge, attribuito a Nicola Martini; nel matroneo, una tela del Cavalier d'Arpino raffigurante San Gregorio Magno; e un altorilievo in stucco raffigurante la Crocifissione di autore ignoto della seconda metà del Seicento. Nel soffitto della cappella del Sodalizio di Nostra Signora, che si trova nel complesso del collegio inglese, vi è un affresco raffigurante l'Assunzione, attribuito ad Andrea Pozzo (1701).