La chiesa fu completamente rifatta in forme barocco da Francesco Mazzarelli, agli inizi del Settecento. La pianta è a tre navate con triplice transetto. Nella facciata interna sono presenti due affreschi staccati del Garofalo, con San Pietro e San Paolo, databili 1530.
La navata destra presenta, nella terza cappella la Vergine in Gloria con le Sante Barbara e Caterina, opera di uno dei principali pittori ferraresi del Cinquecento, il Bastianino; nella settima cappella invece, si trova il Martirio di San Lorenzo del Guercino. Poco più avanti, fa bella mostra di sé la tomba di papa Urbano VIII, morto in maniera inaspettata a Ferrara nel 1887. Sul fondo, un importante gruppo bronzeo quattrocentesco, con Cristo crocifisso, la Vergine e i Santi Giorgio e Maurelio, opera di Niccolò Baroncelli e Domenico de Paris.
La navata sinistra ospita, nella terza cappella, la Madonna della Liberazione del Garofalo, datata 1532, dipinta come ex-voto per la liberazione dall’epidemia di peste scoppiata nel 1528. Ad inizio navata, protetto da un baldacchino neogotico ottocentesco, il fonte battesimale di origine bizantina.
Nel catino absidale si trova il grandioso Giudizio universale del Bastianino (1577-80), ispirato dall’opera di Michelangelo.