L'interno, a croce latina, ha tre cappelle per lato, intercomunicanti tra loro. Le decorazioni del soffitto della grandiosa volta della navata sono di Andrea Pozzo, fratello dell'Ordine Gesuitico, e rappresentano L’ascesa di Sant'Ignazio in Paradiso. Il grande affresco della volta è il centro della decorazione della chiesa. Le pitture esaltano l’attività apostolica della Compagnia di Gesù nel mondo. Pozzo realizza un gioco di prospettiva che dà la sensazione di uno spazio infinito.

La pittura più celebre rappresenta la gloria di sant’Ignazio di Loyola al centro della volta sostenuto da angeli. Il simbolo della Compagnia (trigramma di Cristo) mostra il riconoscimento divino della sua opera. Alle estremità della volta sono rappresentati i mezzi di cui Ignazio si serviva per favorire le conversioni: l’amore di Dio e il timore dei castighi divini.

Costruire la chiesa era stato, già nel 1551, un desiderio di Ignazio di Loyola, fondatore dei Gesuiti.I primi progetti della chiesa, richiesti da Ignazio, erano stati disegnati da Nanni di Baccio Bigio. Nel 1554, il progetto fu rielaborato da Michelangelo e poi dal Vignola (1568), con due esigenze: 1) una grande navata con un pulpito laterale, per facilitare la predicazione; 2) un altare centrale per la celebrazione dell'eucaristia .La chiesa presenta pianta longitudinale con una sola navata coperta da una volta a botte, affiancata da tre cappelle per lato, un presbiterio, sormontato da una cupola sull'incrocio del transetto. La pianta della cappella è circolare; nella volta, intervallati da teste di cherubini, sono raffigurati i quattro Evangelisti:Ambrogio, Agostino, Girolamo e Gregorio Magno. L'altare è fiancheggiato da due colonne di marmo africano; nella spezzatura del timpano due angeli sostengono il monogramma del nome di Gesù.