L’interno della chiesa è ellittico in perfetta linea con lo stile barocco per la sua intrinseca dinamicità. Sopra il ballatoio della porta maggiore vi è un moderno e armoniosissimo organo, realizzato nel 1981. La balaustra in legno dorato fu donata dal principe Doria Pamphilj che l’aveva tolta dalla chiesa di S. Agnese di Roma. Nella porta destra si trova il vecchio battistero alla cui sommità c’è una pittura realizzata da Serafino Lisa raffigurante S. Giovanni Battista che battezza Gesù Cristo.

La vasca del Fonte battesimale, unico blocco di pietra, è la stessa dell’antica chiesa del secolo XII. Anche la piccola acquasantiera, a sinistra della vasca, è del medesimo secolo. Attigua alla Fonte battesimale c’è il sepolcro dove sono conservate le spoglie del Cardinale Oreste Giorgi che fu tra l’altro restauratore della medesima Collegiata.

La chiesa ha otto cappelle, sei di uguali dimensioni e coperte da volte a botte, e due di maggiori dimensioni tutte ricche di quadri dipinti da celebri pittori risalenti al 1600; Dipinti che troviamo anche nella sacrestia e dietro l’altare.

In una di esse, la settima cappella è situato l’imponente trono e la statua di San Luigi Gonzaga patrono di Valmontone. Il trono fu disegnato da Andrea Busiri-Vici. La Collegiata nel periodo bellico subì enormi danni ma grazie a Don Paolo Cocchia venne rimessa a nuovo e grazie a Don Franco Risi che nel 1981 l’arricchì di un nuovo organo e nel 1984 di un orologio elettronico che la resero ancora più bella ed un po’ più moderna.