Magnifici gli interni, che custodiscono un fastoso impianto barocco, con pregevoli stucchi, eleganti lesene scanalate corinzie e un cornicione decorato con motivi vegetali. Lungo le pareti statue di putti e nicchie con le rappresentazioni di sant’Elena con la Croce, san Tommaso di Villanova e sant’Agostino.
Sulla volta a botte unghiata sono affrescati una Gloria d’angeli, il Trionfo della Croce e la Gloria di santa Cecilia. La superficie è arricchita da medaglioni ovali con scene bibliche e figure di angeli.
Sontuoso l’altare maggiore, con colonne corinzie su doppio basamento e timpano semicurvo. Al centro la pala d’altare dell’Addolorata, accerchiata dai Misteri del Rosario. La tela è stata collocata dopo la soppressione, poiché in origine figuravano i Santi Cecilia, Valeriano e Tiburzio visitati dall'angelo.
La chiesa conserva, infine, varie tele tardo seicentesche attribuite a Filippo Abbiati e Francesco Innocenzo Torriani. Sono raffigurate la Presentazione di Maria al Tempio, la Visitazione, l'Assunzione, la Natività, l'Annunciazione, la Crocifissione e la Gloria dell'Immacolata.
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