L'interno della chiesa, di impianto cinquecentesco, ricorda l'architettura palladiana per i maestosi fusti delle colonne corinzie che a coppie sostengono la bianca volta a botte lunettata. L'altar maggiore e la cupola risalgono al XVIII secolo e sono opera di Ludovico Rusconi Sassi. Nella chiesa è custodito un antico Crocifisso ligneo.

Nelle cappelle si possono ammirare diverse opere d'arte, di Antoniazzo Romano, Camillo Rusconi, François Duquesnoy e una Natività di Pietro da Cortona. A San Salvatore era anche originariamente destinata la Visione di san Girolamo del Parmigianino, oggi alla National Gallery di Londra.

La chiesa contiene poi i monumenti funebri dei cardinali Prospero Marefoschi e Raniero Felice Simonetti, opere dello scultore Carlo Monaldi su disegno dell'architetto Girolamo Theodoli.

Il refettorio, decorato da un ciclo di affreschi manieristi di Francesco Salviati (1550), custodisce la tomba quattrocentesca di papa Eugenio IV (opera di Isaia da Pisa), proveniente dall'antica basilica di San Pietro e il monumento funebre di Maddalena Orsini attribuito a Giovanni Dalmata.