据说圣心大教堂是巴黎唯一一个禁止拍照的教堂，可能是我们幸运，进去时未见任何阻拦。整个教堂内部空间极大，视野开阔。教堂内部使用了罗马-拜占庭（Romano-Byzantin）建筑风格，教堂顶部托伸出了一个55米高，直径16米的大穹顶，将人们的视线不知不觉向上牵引，视觉焦点就是中间的巨幅金色马赛克穹顶镶嵌画。

这副画是世界上最大的马赛克镶嵌画之一，被称为基督圣像（Christ in Majesty）。高大的耶稣伸开双臂站立中央，身后有光环，头上方有展翅飞翔的和平鸽，再上方是呈倒影式的天父，只露头和双肩，头戴三层宝冠，右手结印，三指伸直，无名指和小指弯曲。耶稣两臂斜上方有两排天使恭敬站立，圣母随侍右侧，左侧为举旗天使，脚下为下跪的主教与卫士，他们的后面站着向上帝祈祷的各色人物。

圣心堂官方的解释文字如是说：

“大殿穹顶展示的中心人物是耶稣，他伸展双臂欢迎所有到来的人。

他认识所有人，他爱所有人，无论你信不信。他，就是爱本身。

耶稣胸口鲜红的圣心表述了他对我们的大爱。因此本教堂称为圣心大殿。

圣心大殿有一个特殊使命：

125年以来，直到今天，一直有人在这里日以继夜地祈祷。

耶稣对我们说：“哀伤的人啊，到我这里来，我要安慰你们。”

圣心堂内还安放着一个庞大而且出色的管风琴，拥有4层键盘与脚踏键，还有90个音栓。这座管风琴是由法国的卡瓦耶?科尔（Aristide Cavaillé-Coll）所制造的。原本在雪菲尔的亚伯特会堂安放着几乎与这座管风琴相同（指音调与设计而言）的另一座管风琴，不过后来在1934年被火灾烧毁。

大堂下盖有拱穹的地下室, 亚历山大·勒雍迪的心就安放地下室的一个石制的骨灰瓮里。