L’interno del duomo è a croce latina diviso in tre navate lunghe quasi 40 metri e separate da pilastri in pietra di Susa. Sulle pareti laterali si aprono 13 cappelle. Tra questi di grande valore artistico è la Cappella dedicata San Crispino e San Crispiano, sulla destra, che conserva le opere di Defendente Ferrari. Sul lato sinistro si apre il battistero, mentre nella cappella della Trinità sono custodite le spoglie di Pier Giorgio Frassati, giovane torinese proclamato Beato da Papa Wojtyla. La Cattedrale di Torino custodisce anche una reliquia di San Giovanni Battista proveniente dalla chiesa di St. Jean de Maurienne. Le decorazioni del duomo sono state arricchite nel corso dei secoli e la Tribuna reale è opera dell’architetto Martinez. All’interno del presbiterio delle scale conducono alla cappella dove è custodita la Sacra Sindone. Sul transetto destro si trova un organo a canne opera del torinese Giuseppe Calandra del XVIII secolo.