La chiesa custodisce una delle più importanti opere del Rinascimento lombardo, il polittico di Bernardo Zenale e Bernardino Butinone, realizzato tra il 1485 e il 1505. Terminato dopo circa vent'anni di lavoro fu posto sull'altar maggiore dove rimase fino ai lavori di ristrutturazione dell'altare stesso, in stile neoclassico, ad opera di Pietro Pestagalli 1830.

Altre opere di notevole interesse sono: le grandi tele raffiguranti L'ultima cena, La discesa della manna e Le nozze mistiche di Santa Caterina di Gian Paolo Cavagna, che dipinse anche le scene a fresco sulla volta della navata. I grandi teleri con le storie di San Martino, posizionati sotto la volta della navata dopo la ristrutturazione settecentesca ad opera dei Fratelli Galliari, sono di Giovanni Stefano Danedi detto Montalto;

L'Assunzione (ora collocata nell'ambulacro dietro l'altra maggiore) e l'Annunciazione (nella Cappelle delle Reliquie) di Camillo Procaccini. Il San Girolamo nell'ambulacro dietro l'altare è del Genovesino.

Lo spettacolare gioco scenografico di prospettive trompe-l'oeil sulla volta della chiesa è opera dei Fratelli Galliari celebri scenografi attivi anche nel Teatro alla Scala di Milano. Gli affreschi sulla volta con L'Assunta e San Martino sono invece di Federico Ferrario.

Di notevole fattura è il Presepe ligneo intagliato da Giovanni Angelo Del Maino intorno al 1515 e custodito nella sagrestia. Altre tele sono di Nicola Moietta, di Antonio Molinari e di Giovanni Stefano Manetta.