Zu den in der Kirche erhaltenen Werken gehören der Sarkophag des Bischofs Giovanni Andrea Baglioni von Urbano da Cortona (1451) an der Gegenfassade und die große Leinwand von Giovanni Antonio Scaramuccia mit der Jungfrau zwischen den Schutzheiligen der Stadt und den Heiligen Augustinus, Dominikus und Franziskus. Besonders wichtig für die Andacht ist die Kapelle des Heiligen Rings, die am Hochaltar mit einem Gemälde von Jean-Baptiste Wicar aus dem Jahr 1825 geschmückt ist, das ein Gemälde von Perugino mit demselben Thema ersetzt, das sich heute im Museum von Caen befindet, während am Anfang des rechten Seitenschiffs hinter dem schmiedeeisernen Tor vom Ende des 15. Jahrhunderts die Kreuzabnahme von Federico Barocci (1567-1569) zu sehen ist.

Ein elegantes Portal aus dem 15. Jahrhundert auf der rechten Seite des Querschiffs führt dann in die Sakristei, in der einer der schönsten manieristischen Zyklen von Perugia aufbewahrt wird. Aus der Dunkelheit der siebeneckigen Apsis treten die Farben der Glasfenster und des 1486 von Giuliano da Maiano und Domenico del Tasso geschnitzten Holzchors hervor.

Im linken Seitenschiff sind die Überreste der von Agostino di Antonio di Duccio 1474 geschnitzten Pala della Pietà und der Gonfalone-Altar hervorzuheben, wo sich das von Berto di Giovanni 1526 anlässlich einer schweren Pest angefertigte Berufsbanner befindet, das eines der vollständigsten ikonographischen Dokumente von Perugia vor dem Bau der Rocca Paolina und den anschließenden städtischen Umgestaltungen darstellt.

Im Kreuzgang der Kathedrale befindet sich das Kapitularmuseum von San Lorenzo.

Die Kirche beherbergt die verehrte Reliquie des Eherings der Jungfrau Maria, der den Einwohnern von Chiusi im Jahr 1473 abgenommen wurde. Der Ring wurde in einem besonderen Reliquienschrein aufbewahrt, der in einem Tresor mit sieben Schlössern eingeschlossen war, und befand sich in acht Metern Höhe in einem Raum, der durch ein goldenes Gitter geschützt war, das durch vier weitere Schlüssel gesichert wurde. Der Heilige Ring wird nur zweimal im Jahr ausgestellt: am 29. und 30. Juli und am vorletzten Sonntag im Januar, wenn das Fest der Hochzeit gefeiert wird und die Eheringe gesegnet werden.

Unterhalb der Kathedrale befinden sich antike Strukturen, die Teil des unterirdischen Perugia sind, ein Weg, der es ermöglicht, etruskische, römische und mittelalterliche Werke zu entdecken. Der Zugang erfolgt über das angrenzende Areal der Insel San Lorenzo.