Rozsáhlá novogotická přestavba dómu znamenala regotizaci nejen vnějšího vzhledu katedrály, ale celého interiéru včetně regotizace barokního presbytáře. Z interiéru byly odstraněny barokní oltáře a nahrazeny v omezeném počtu menšími novogotickými oltáři. Vstup do katedrály tvoří tři vznosné novogotické portály s uměleckými reliéfy z jemného pískovce, jež znázorňují: vlevo Zvěstování Panně Marii, prostřední a hlavní Nejsvětější Trojici a vpravo Narození Pána Ježíše. Mezi štíty portálů jsou postaveny sochy evangelistů. Ve středu průčelí se nachází kruhové barevné okno tzv. mystická růže, na jehož horním okraji je busta stavitele chrámu G. Maretty. V hořejším průčelí jsou sochy zemských patronů sv. Cyrila a Metoděje a nad nimi socha sv. Václava, patrona chrámu. U vchodu do katedrály jsou po obou stranách dvě velké kalichové mramorové kropenky. Na prvním pilíři střední lodě visí kříž velké umělecké hodnoty. Naproti loretánské kaple je umístěna kopie kamenné gotické piety(originál se nachází v galerii gotického umění na Státním hradě ve Šternberku): Na pilířích ve střední časti lodě jsou umístěny sochy - postavy sedmi andělů. Celý chrámový prostor rozšiřují čtyři kaple: barokní loretánská kaple, renesanční kaple sv. Stanislava, chórová kaple sv. Cyrila a Metoděje s vchodem z presbytáře a kaple sv. Jana Křtitele v přízemí jižní věže rovněž s vchodem z presbytáře.
Původně gotická kaple sv. Cyrila a Metoděje pochází asi. ze 14. století. Na přelomu 17. a 18. století byla kaple barokizována s novým oltářem a bohatou sochařskou a obrazovou výzdobou. Název loretánská souvisí s umístěním sošky černé Madony z italské Lorety. 0mítkové malby ze života Panny Marie jsou od barokního malíře J. K. Handkeho. Zlatem a stříbrem vyzdobený svatostánek s rodinným znakem dómského děkana Mayerswalda, z jehož pozůstalosti byla provedena celá oprava. Renesanční kaple sv.Stanislava, zbudována biskupem Stanislavem Pavlovským v letech 1582-1591 s rodinnou hrobkou Pavlovských a s bohatou štukovou, sochařskou a malířskou výzdobou. Nádherný vstupní portál s ozdobnou bronzovou mříží, jehož bohatá plastická výzdoba je tvořena reliéfní dekorací i figurá1ními motivy ctností a nectností. Jde o norimberskou kovoliteckou práci. z konce 16. století.
Sochy na oltáři představují sv. Longina a sv. Blažeje a na stěnách sv. Zikmunda a sv. Ludvíka krále. Roku 1740 sešlé malby byly obnoveny malířem J. K. Handkem, od něhož je oltářní obraz Anděla strážce. Po stranách vstupního portálu kaple sv. Stanislava byly v polovině 18. století umístěny dvě vzácné sepulkrální památky. Na levé straně bronzová náhrobní deska biskupa Marka Kuena (1553-1565) ulitá v r. 1565 v Norimberku. Na pravé straně osazena figurální část raně barokní tumby zakladatelů chrámu údělných knížat Svatopluka a jeho syna Václava. Nyní je v této kapli uložena Nejsvětější svátost. Kaple je vyhrazena modlitbě. Není přístupná prohlídce.
je od lodě oddělen železnou branou umělecky zhotovenou zámečnickou dílnou Johana Lefendy z Olomouce, od něhož jsou také v presbytáři umělecky zpracované kandelábry. Kněžiště chrámu zdobí mimo barokní mobiliář (chórové lavice) hlavní oltář z kararského mramoru se vzácnými sochami učitelů východní církve, koupené kardinálem Furstenbergem v Římě. Tyto sochy pocházejí z 2.poloviny 15. století z římské basiliky Santa Maria Maggiore. Novogotické sochy 12 apoštolů na stěnách pocházejí z doby regotizace. Novodobé jsou také sochy sv. Václava a sv. Ludmily po obou stranách oltáře. Barevné vitráže novogotických oken v presbytáři i v lodi byly zhotoveny v 80. letech minulého století Mayerovou odbornou firmou v Mnichově.
se nachází v přízemí vysoké jižní věže. Jsou zde hrobky posledních tří kardinálů Furstenberga, Bauera a Skrbenského s uměleckými náhrobky. Jako poslední je v této kapli pohřben biskup, apoštolský administrátor mons. Josef Vrana.
je pozoruhodný oltář z italského mramoru se vzácnou kamennou plastikou pozdně gotickým reliéfem Panny Marie Ochranitelky, pocházející z průčelí zaniklého kostela Panny Marie na Předhradí. Nejcennější a historicky hodnotné jsou pískovcové sochy sv. Petra a Pavla z 2. poloviny 15. století, údajně pocházející ze zbořeného kostela sv. Petra na Předhradí.
pod presbytářem původně sloužila jako pohřebiště olomouckých biskupů a arcibiskupů s hrobkou kardinála Dietrichsteina. V západním průčelí krypty je uložena mramorová schránka se srdcem olomouckého arcibiskupa a rakouského arcivévody Rudolfa Jana (1819-1831), jehož tělo je uloženo v rodinné hrobce Habsburků v kapucínském kostele ve Vídni. Na zadní stěně krypty jsou plakety poprsí synovců kardinála Dietrichsteina Maxmiliána a Ferdinanda, kteří po smrti svého strýce r. 1659 kryptu dobudovali. Krypta od 70. let tohoto století slouží k liturgickým i k expozičním účelům. Od měsíce května do konce měsíce září každého roku je veřejnosti krypta zpřístupněna jako expozice vzácných bohoslužebných rouch, relikviářů, monstrancí a ostatních liturgických potřeb z dómského inventáře. Od roku 1971 probíhala restaurace a obnova katedrály. Byla provedena rekonstrukce elektroinstalace, zařízení rozhlasu, obnova Furstenbergových maleb, restaurace barokních fresek v kapli sv. Stanislava, renovace zlacení na kazatelně a oltářích. K výročí 200 let od povýšení olomouckého biskupství na arcibiskupství v roce I977 byla pořízena nová křížová cesta. Jde o moderní výtvarné dílo pražských akademických sochařů Karla Stádníka a Františka Radvana (zajišťoval lití do cínu). K výročí 1100 let od smrti sv. Metoděje byla pořízena a instalována v severní věži zvonkohra. U hlavního vchodu jsou na stěnách osazeny mramorové žulové desky se seznamem olomouckých biskupů a arcibiskupů začínající prvním moravským metropolitou sv. Metodějem, neboť podle středověké tradice lze v olomouckém biskupství spatřovat přímé pokračování velkomoravské církevní organizace.
S presbytářem katedrály souvisí na severní straně chórová kaple svatého Cyrila a Metoděje. Vedle ní jsou sakristie, ambity a kaple svatého Jana Křtitele (r. 1268). Vedle hlavního průčelí katedrály stojí kaple svaté Anny (z r. 1617) a za ní kaple svaté Barbory (rotunda z přelomu 12. a 13. století). V katedrále na jižní straně je kaple loretánská (upravená roku 1617) a kaple svatého Stanislava (r. 1591). V kryptě byl pohřben kardinál Dietrichštejn (1637). V přízemí hlavní věže jsou pohřbeni poslední olomoučtí kardinálové Furstenberk (1892), Bauer (1918) a Skrbenský (1938).
Kapitula kanovníků je kněžské společenství života a modlitby. Pomáhá biskupovi v řízení diecéze, pečuje o katedrálu, koná slavnostní bohoslužby. Její členy jmenuje po slyšení kapituly arcibiskup. Kapitula u původního, zaniklého chrámu sv. Petra (roh ul. Křížkovského a Wurmovy) měla čtyři kanovníky, po přenesení biskupského stolce do nové katedrály sv. Václava roku 1131 ji biskup Jindřich Zdík rozšířil na dvanáct kanovníků v čele s děkanem. Král Přemysl Otakar I. jí roku 1207 udělil právo volit olomouckého biskupa. Toto právo se přestalo užívat až po roce 1916. Do Druhého vatikánského koncilu kapitula volila prozatímního správce diecéze (administrátora) a její členové měli důležité funkce ve správě diecéze. Dnes má právo volby administrátora sbor poradců a funkce ve správě diecéze svobodně obsazuje arcibiskup. Funkce v kapitule se volí z činných kanovníků na dobu určitou, dále jsou kanovníci emeritní a čestní. Nyní je děkanem kapituly pomocný biskup Mons. Josef Hrdlička, jejími členy generální vikář, někteří biskupští vikáři a někteří přednášející na Cyrilometodějské teologické fakultě Univerzity Palackého. V minulých dobách vedla kapitula katedrální školu, která mimo jiné vychovávala kněžský dorost a její studenti v katedrále zajišťovali zpěv při bohoslužbách. Na tuto tradici v 70. letech v rámci Díla pokoncilní obnovy navázal svými kurzy pro varhaníky Mag. Josef Olejník, tvůrce novodobého českého chorálního zpěvu. Dnešní kapitula mimo jiné vede Katedrální středisko církevní hudby (ved. P. O. Ulman), které roku 1996 založil biskup Mons. Josef Hrdlička. Středisko pořádá kurzy pro varhaníky a zprostředkovává jejich vzájemné kontakty, spolupracuje s chrámovými sbory a schólami diecéze a sleduje jejich duchovní, teologickou i hudebně odbornou formaci. Rovněž pro ně zde zajišťuje notové materiály. Z pověření arcibiskupa bdí středisko církevní hudby nad pořádáním četných koncertů v kostelích diecéze, např. od Mezinárodního varhanního festivalu Olomouc přes různé festivaly duchovní hudby a koncerty sborů až po amatérská vystoupení, aby zde zaznívaly jen skladby vhodné pro chrámové prostory. Za opravu a údržbu, veškerou péči o varhany od nejstarších nástrojů, ještě barokních, přes novější až po nejmodernější elektronické nepišťalové typy po odborné stránce odpovídá arcidiecézní organolog. Jde asi o 700 varhan a pozitivů, jež musí být funkční a použitelné pro liturgické, eventuálně i koncertní účely.
