Kruchta zajmująca przyziemie wieży, otwarta była pierwotnie z trzech stron dużymi, ostrołukowymi arkadami, (w jednej z nich, zaszklonej, znajduje się obecnie główne wejście) – tworząc w ten sposób rodzaj ażurowego przedsionka. Wnętrze kruchty nakrywa sklepienie krzyżowo-żebrowe pokryte renesansową dekoracją malarską.

Po prawej stronie za wejściem znajduje się pochodzący ze zburzonego kościoła Świętego Ducha lawaterz (umywalnia kapłańska), obecnie używany, jako kropielnica, o bogatej dekoracji rzeźbiarskiej z widoczną datą 1581r.

Z kruchty do nawy kościelnej wiedzie kamienny, ostrołukowy portal gotycki, z ostatniej ćwierci XIV w. zawiera on drzwi z oryginalnymi okuciami gotyckimi (ok. 1400 r.) oraz XVII – wieczny zamek.

Kaplica Matki Boskiej Loretańskiej po prawej stronie kruchty od wejścia (zbudowana około 1642r.). Wewnątrz ołtarz barokowy z połowy XVII w.

Kaplica Świętego Andrzeja powstała w końcu XVI wieku. Wnętrze, o gotyckim sklepieniu gwiaździstym, oddziela od kruchty renesansowa, kamienna ścianka parawanowa. Wschodnią ścianę kaplicy pokrywa gotyckie malowidło, przedstawiające wielofigurową scenę Ukrzyżowania z około 1420 r.

Pierwotnie, przed zbudowaniem kaplicy, znajdowało się ono na zewnętrznej ścianie kościoła. Średniowieczny zwyczaj umieszczania malowideł ściennych na zewnątrz kościoła służył wzbudzaniu uczuć religijnych i kontemplacji u wiernych, w czasie, gdy wnętrze świątyni było zamknięte. Tematyka malowidła w kaplicy św. Andrzeja wiąże się z wezwaniem kościoła oraz otaczającym go dawniej cmentarzem. (Gotyckie malowidło w kaplicy św. Andrzeja, obecnie nieczytelne poddane jest zabiegom konserwatorskim, które być może przywrócą mu dawny wygląd.). Z kaplicą związywany jest późnorenesansowy ołtarz (aktualnie w konserwacji) z ruchomymi skrzydłami. Część środkową ołtarza wypełnia XIX wieczny obraz Męczeństwo św. Andrzeja (pierwotnie znajdowało się tu renesansowe ukrzyżowanie) na skrzydłach natomiast namalowane są późnorenesansowe sceny chrystologiczne.

Nawa – założona na niemal kwadratowym planie, nakryta jest pięknym gotyckim sklepieniem palmowym. Dominującą rolę w jej wnętrzu odgrywa wspierający całe sklepienie ciosowy filar, z którego rozchodzą się promieniście żebra sklepienia tworzące w swym układzie motyw wielkiej gwiazdy. Optycznie żebra sklepienia wyrastają jak konary, na podobieństwo drzewa palmowego, z trzonu filara i niczym wiotkie łodygi łagodnie opadają na ściany. Zastosowanie tu tak sugestywnie rozwiązanego sklepienia i jednej tylko podpory wydaje się nieprzypadkowe.

Ukształtowanie filara i sklepienia nawy na kształt drzewa miało wymowę symboliczną, odnoszącą się bezpośrednio do wezwania świątyni. W tym przypadku chodzi o rajskie drzewo życia – zapowiedź nowego wiecznego Drzewa Życia, jakim był Krzyż Chrystusa. W wystroju wnętrza kościoła św. Krzyża (w tematyce i symbolice malowanych i rzeźbionych przedstawień) widać wyraź­nie i częste odwoływanie się do wezwania kościoła. Jest to dodatkowo uzasadnione charakterem i funkcją, jakie pełnił ten kościół. Była to świątynia przyszpitalna dla ludzi starych, chorych i niedołężnych. Krzyż nabierał głębokiego znaczenia przypominając podstawowe prawdy o Męce, Śmierci i Odkupieniu. W kościele widocznych jest też wiele znaków i przedstawień związanych z zakonem św. Ducha. Jest to świadectwo ścisłego związku, jaki łączył tę świątynię z zakonem Duchaków.

Wnętrze ozdobiono licznymi malowidłami ściennymi. Najstarszym z nich jest późnogotyckie malowidło w południowo zachodnim narożniku nawy (powstałe po połowie XVI w.)|. Przedstawia ono sceny z cyklu Męki Pańskiej, z których do bardziej czytelnych należą: Ukrzyżowanie (na ścianie południowej) oraz (na ścianie zachodniej pod chórem muzycznym) w dwóch strefach – dołem: Chrystus kolejno przed Annaszem, przed Herodem, przed Piłatem; wyżej: Opłakiwanie, Złożenie do grobu, Zmartwychwstanie. Nad tymi scenami umieszczono później scenę Sądu Ostatecznego z drugiej połowy XVI w. zasłoniętą częściowo przez chór muzyczny.

Pozostały wystrój malarski nawy i prezbiterium jest w obecnej postaci XIX wieczną rekonstrukcją renesansowej polichromii i z drugiej połowy XVI w. Podczas restauracji kościoła w latach 90 tych XIX w. odkryto renesansowe malowidła, których jednak z powodu silnego zawilgocenia i braku odpowiednich metod konserwatorskich nie udało się uratować. Stanisław Wyspiański skopiował je w skali 1:1. Kopie te posłużyły potem za wzór Antoniemu Tuchowi i Ferdynandowi Bryilowi w wykonaniu obecnej polichromii. Sklepienie pokrywa dekoracja roślinna, na ścianach zaś umieszczono wizerunki: biskupa Iwona Odrowąża oraz czterech ojców kościoła.

Najbardziej interesujące jest malowidło na wschodniej, lewej ścianie nawy wyobrażające tzw. Speculum Peccatoris czyli „Zwierciadło Grzesznika”. Jest to alegoryczne przedstawienie o dość zawiłej symbolicznej treści. Ukazuje ono obnażonego starca, siedzącego na krześle wyrastającym z głębi studni. Z obu stron godzą w starca po dwa miecze z napisami: Mors (śmierć), Diabolus (diabeł), Peccatum (grzech), Verbum (słowo), piąty zaś miecz zwisa nad głową starca. Wzorem dla tego przedstawienia są miedzioryty niderlandzkie, które łącznie z odpowiednimi komentarzami zawartym w traktatach moralizatorskich były bardzo popularne w dobie kontrreformacji, pobudzały, bowiem do przemyśleń i refleksji. Wartość tego malowidła leży w jego specyfice ikonograficznej. Jest to jedyne tego typu przedstawienie w malarstwie polskim.

Nad ostrołukową arkadą oddzielającą nawę od części kapłańskiej, czyli tzw. tęczą umieszczony jest późnogotycki krucyfiks z 1520 roku.

W pochodzącym z różnych epok wyposażeniu wnętrza dominuje barok, choć znaleźć tu można także zabytki sztuki średniowiecznej, które należą do najcenniejszych w tej świątyni.

Chrzcielnica gotycka odlana została w brązie przez ludwisarza krakowskiego Jana Freudenthala w 1420 roku (podstawa i pokrywa są neogotyckie z XIX wieku). Na czarze chrzcielnicy widnieją przedstawienia: Adam i Ewa, Zwiastowanie, Ukrzyżowanie, św. Barbara, św. Katarzyna, dwie święte oraz święci: Maciej, Tomasz, Jerzy, Piotr, Paweł.

Późnogotyckie stalle (ławki dla duchowieństwa) stojące pod chórem muzycznym powstały na początku XVI wieku.

Skrzydła tryptyku późnogotyckiego pochodzą z nieistniejącego dziś kościoła św. Michała na Wawelu. Środkowa cześć tego tryptyku przedstawiająca scenę Zwiastowania, znajduje się obecnie w Muzeum Narodowym (Zbiory Czartoryskich). Kwatery skrzydeł ukazują na awersach – lewe: św. Annę Samotrzeć (czyli z Marią i Jezusem), świętych: Wojciecha i Stanisława; prawe: św. Jana Chrzciciela oraz świętych: Wacława i Floriana. Patrzący wprost na widza św. Wacław, o mocno zindywidualizowanych rysach twarzy, to domniemany krypto autoportret malarza. Tryptyk ten jest dziełem z pogranicza dwóch epok: gotyku i renesansu. Renesansowa tendencja do realistycznego traktowania postaci, umieszczonej w poprawnym krajobrazie, przełamuje tu gotycki idealizm. Najbardziej dojrzałe pod tym względem są rewersy skrzydeł, na których namalowano postacie Matki Boskiej Bolesnej i Chrystusa Bolesnego trzymającego narzędzia męki i jednocześnie pokazującego swoje rany. Tryptyk powstał około roku 1517 i jest związany z osobą mistrza Jerzego.

Pozostałe elementy wyposażenia wnętrza pochodzą z epoki baroku.

Ołtarz Świętej Rodziny| po lewej stronie nawy, z połowy XVII w., Wczesnobarokowy. Obraz w części środkowej, przedstawiający Nauczanie Marii (z około 1650 roku) wzorowany jest na miedziorycie wykonanym według obrazu Rubensa. Pozostałe barokowe obrazy ukazują: w predelli św. Cecylię, w zwieńczeniu św. Rodzinę.

Ołtarz Matki Boskiej (po prawej stronie nawy, wykonany około 1630 roku w warsztacie Baltazara Kuncza, wziętego i słynnego snycerza krakowskiego, został w XVIII w. nieco przekształcony przez dodanie późnobarokowej glorii. Pochodzący prawdopodobnie z XVI w. obraz Matki Boskiej z Dzieciątkiem powstał w oparciu o szeroko rozpowszechniony wówczas typ ikonograficzny, według którego namalowano także słynny wizerunek Matki Boskiej z Piekar Śląskich.

Stalle z pierwszej połowy XVII w. pokryte są w zapieckach bogatą wczesnobarokową dekoracją snycerską i czterema malowidłami poświeconymi założeniu zakonu Duchaków. Tuż obok, po obu stronach filara, zachowały się skromne ławki z pierwszej ćwierci XVII wieku. Ambona późnorenesansowa z pierwszej ćwierci XVII w. stanowi, podobnie jak stalle i ołtarze w nawie, przykład wspaniale kwitnącej w XVII w. snycerki krakowskiej. Ozdobiona jest dekoracją ornamentalną. Na parapecie umieszczono płaskorzeźby wyobrażające Chrystusa i czterech ewangelistów, natomiast baldachim wieńczy posążek św. Jana Chrzciciela.

Chór muzyczny powstał około 1700 roku. Parapet chóru ozdobiony jest dekoracją akantową i siedmioma malowidłami z przedstawieniami Dobrego Pasterza oraz świętych pustelników. W części środkowej belkowania, na kartuszu widnieje herb Duchaków. Organy barokowe powstały w XVII i XVIII w.

Konfesjonały barokowe powstałe około 1730 roku pochodzą z katedry wawelskiej.

Wśród znajdujących się w kościele epitafiów znaleźć można tablice epitafijne: secesyjną Heleny Modrzejewskiej, słynnej polskiej aktorki (w łuku tęczowym), oraz znanej krakowskiej rodziny Pollerów, której hotel znajduje się naprzeciw kościoła przy ulicy Szpitalnej.

Kaplica Świętej Zofii wzniesiona około 1442 roku, jako kaplica cechowa piekarzy krakowskich, nakryta jest gotyckim sklepieniem krzyżowo-żebrowym. Na ścianie wschodniej widoczna jest fragmentarycznie zachowana scena Sądu Ostatecznego z datą 1523. W o wiele lepszym stanie przetrwała renesansowa polichromia złożona z wici roślinnej, podobna do dekoracji malarskiej w kruchcie. We wnęce ściany południowej pod oknem z XX – wiecznym witrażem zobaczyć można późnorenesansowy konfesjonał z końca XVI w., należący do najstarszych w Krakowie. Na ścianie zachodniej umieszczony jest obraz – Nadanie kościoła św. Krzyża Duchakom (z drugiej połowy XVII w., później przemalowany) a także epitafia, między innymi znanego architekta Tomasza Prylińskiego, autora odnowy i przebudowy Sukiennic.

Prezbiterium stanowi najstarszą część kościoła i wzniesione zostało na początku XIV w. Piękne późnogotyckie sklepienie sieciowe pochodzi z około 1530 roku, z czasów odbudowy kościoła po pożarze. Gotyckie żebra sklepienia opierają się tu na renesansowych wspornikach – przykład współistnienia gotyku i renesansu – dość częstego zjawiska w sztuce polskiej XVI w.

Sklepienie zdobi renesansowa (częściowo rekonstruowana w końcu XIX w.) dekoracja malarska złożona z motywów roślinnych. Na zwornikach sklepiennych umieszczono herby między innymi: Królestwa Polskiego, Sforzów (królowej Bony), Duchaków, Bonerów. Pozostałe herby i inskrypcje na ścianach prezbiterium dotyczą osób związanych z odnową kościoła w XVI w.

Na ścianie północnej widnieją otwory okienne: jeden mały prostokątny z dawnego karceru oraz dwa większe, zamknięte półkoliście – dawnego oratorium zakonnego. Na ścianach: wschodniej i południowej znajdują się zrekonstruowane w końcu XIX w. malowidła ścienne przedstawiają apostołów. Pozostałe figuralne malowidła ścienne w prezbiterium są w dużym stopniu zniszczone lub nieczytelne.

Ołtarz główny pochodzi z początku XVIII w., ale w swej strukturze wykorzystuje kilka starszych XVII wiecznych elementów, między innymi wielki krucyfiks z pierwszej połowy XVII wieku, umieszczony na tle malowanego krajobrazu, ze złoconymi wyobrażeniami słońca i księżyca. W zwieńczeniu ołtarza znajduje się obraz Niesienie Krzyża oraz figury archanioła Michała i aniołów. Tabernakulum klasycystyczne wykonane zostało w końcu XVIII w.

Po bokach ołtarza, na konsolach, stoją barokowe posągi patronów Polski: z lewej św. Wojciech, z prawej św. Stanisław. Przy mensie ołtarzowej znajdują się późnogotyckie, polichromowane figury: Matki Boskiej i św. Jana (stanowiące dawniej wraz z krucyfiksem z nawy grupę Ukrzyżowania umieszczoną w łuku tęczowym)

Stalle z około 1700 roku, dwurzędowe, z przedpiersiami, posiadają bogato zdobione zapiecki i rozbudowany baldachim. Zapiecki podzielone są parami kolumn, między którymi zostały umieszczone obrazy przedstawiające: (od lewej) Mojżesza z wężem miedzianym a dalej pięć scen ilustrujących historię odnalezienia drzewa Krzyża Świętego. Pozostałe mniejsze malowidła o bogatym programie tematycznym (między innymi: św. św. Pustelnicy, sceny ewangeliczne i z życia Duchaków) pozostają niestety bardzo słabo czytelne.

Warsztat snycerski, którego dziełem są stalle, wykonał prawdopodobnie także stojący obok tron prepozyta klasztoru Duchaków z początku XVIII w., o bardzo podobnej dekoracji. Na parapecie tronu namalowana jest scena alegoryczna.

Obrazy z I połowy XVII wieku, przy wejściu do zakrystii ukazują: królową Jadwigę modlącą się pod krucyfiksem oraz w tle św. Jadwigę Śląską w otoczeniu Duchaczek, drugi Matkę Boską Bolesną z emblematami Męki Pańskiej i aniołkiem trzymającym chustę św. Weroniki. Obraz ten, dawniej umieszczony przy filarze nawy, zachował dawną, bogato dekorowaną ramę XVII – wieczną z mniejszym obrazem Świętej Magdaleny u dołu.