We wnętrzu zastosowany został zmienny system podpór. Przęsła nawy głównej wydzielone filarami, wzbogacone zdwojonymi pilastrami. Trzony pilastrów, przedłużone na ściany nawy, wieńczą poniżej gzymsu kapitele korynckie z główkami putt. Pomiędzy filarami umieszczone są pary arkad wspartych na osi romańskimi kolumnami. Kostkowe kapitele dekorowane są kompozycją roślinną. W przęśle fasadowym, powyżej kruchty umieszczony został chór muzyczny. Emporę wspierają trzy arkady rozdzielone parą romańskich półkolumn. Prezbiterium o trzech przęsłach, przykryte jest sklepieniem kolebkowym na gurtach. Od strony północnej zamyka je apsyda. Artykulacja tej części budowli jest zagęszczona w porównaniu z korpusem. Pod całością znajdują się sklepione podziemia.
Neoromańska wieża kościoła, swego czasu najwyższa w Warszawie (70 m), zwieńczona jest krzyżem mierzącym 5,1 m, umieszczonym na kuli o średnicy 1,35 m. Kula ta, pierwotnie pozłocona, została w 1959 z polecenia ówczesnych władz pomalowana na czarno. Miał to być sposób na ucięcie szerzących się pogłosek o cudownym ukazaniu się na tle kuli Matki Boskiej i gromadzenia się wiernych pod kościołem.