A l’intérieur l’église a gardé, dans son ensemble un aspect médiéval. Elle a un plan longitudinal et un plafond en poutres de bois décorées, rappel fort probable de l’Arche de Noé, l’arche du salut. La typologie à nef unique répond aux exigences d’une acoustique parfaite pour que tous participent à la prière, écoutent les prêches et les enseignements de la doctrine chrétienne.
L’achèvement rectiligne de l’abside est récurrent dans beaucoup d’exemples de ce type d’églises; l’abside est couverte d’une voûte d’arêtes dont la décoration, faite d’un ciel étoilé, évoque la Création. On y trouve le chœur en bois, réalisé en 1687: les frères s’y réunissaient pour les prières du jour et pour la participation aux cérémonies liturgiques. Deux portes en bois, marquetées avec les trois vertus théologales Foi, Espérance, Charité et l’allégorie de la religion, séparent le chœur de la nef, là où se rassemblent les fidèles.
Le gradin qui s’étire le long des parois de la nef servait aussi bien comme voie de dégagement, pour accéder aux autels latéraux ou à la chapelle du Très Saint Sacrement quand l’église était pleine, que comme élément de séparation entre l’espace destiné à l’assemblée et l’espace sacré des autels latéraux, puisqu’il ne faut pas oublier qu’ici aussi on célébrait la Messe sainte ou on y priait.
On conserve aujourd’hui seulement trois autels des multiples autels latéraux érigés au cours des siècles passés: l’un des autels se trouve le long de la paroi gauche, à côté de l’entrée latérale; il est surmonté de l’Ascension de Jésus, réalisée par
Girolamo del Pacchia; les deux autres, adossés à la paroi droite, abritent l’un la fresque de l’Assomption de la Vierge attribuée à Benedetto di Bindo et l’autre le très beau retable représentant Saint Michel Archange qui chassent les anges rebelles, chef-d’œuvre de Beccafumi; en outre, les reliques de Beato Franco Lippi da Grotti sont conservées dans ce dernier autel.
En poursuivant le long de la paroi droite, on trouve l’entrée de la Chapelle du Très Saint Sacrement où les carmes, très dévots à l’Eucharistie divine, passent beaucoup de temps en adoration. Un second autel est construit sur le côté droit de la chapelle pour y poser un autre tabernacle eucharistique et une peinture sur bois; au centre du tableau
Sainte Thérèse de Lisieux prie devant le Très saint Sacrement.
Au-dessus de l’entrée de la chapelle se trouve le chœur haut, utilisé pour les prières nocturnes ou hivernales des frères; ils le rejoignaient directement des dortoirs.
Pour mieux faire entrer la lumière dans la nef, huit fenêtres ont été ouvertes le long des murs; quatre d’entre elles aujourd’hui sont aveugles à cause de la construction du grand cloître. Le grand vitrail à l’intérieur de l’abside, réalisé comme tous les autres, par les Florentins Ulisse e Sergio De Matteis, est décoré avec la représentation de la Vierge à l’Enfant du Carmel en trône, tandis que l’autre, plus petit, reproduit l’insigne de la Congrégation du Suffrage qui gère l’église à partir de 1873 pendant presque cent ans. Au-dessus de l’abside, l’image du buste du Rédempteur bénissant est reproduite au centre de la grande rosace avec les symboles des quatre Évangélistes. En outre, l’œil de la façade présente les armoiries de l’Ordre des Carmes et autour, celles des bienfaiteurs du couvent.