L’entrée est entourée d'un quadriportique réalisé par Guglielmo Calderini (it) en 1928 avec au milieu de l'atrium une statue colossale de Saint-Paul et ses attributs (l'épée, instrument de son martyre et livre) réalisée par le sculpteur Giuseppe Obici (1807-1878). Le pronaos de la façade compte dix colonnes monolithiques de granit rose de Baveno, une double rangée de colonnes sur les côtés, et une triple rangée du côté du Tibre, le portique de 70 mètres de longueur étant composé de 146 colonnes.

Le fronton de la façade est décoré de mosaïques exécutées entre 1854 et 1874 (cartons de Filippo Agricola et Nicola Consoni) représentant : « au registre inférieur, Isaïe, Jérémie, Ezéchiel et Daniel ; au milieu, l’Agneau mystique entouré de quatre fleuves symbolisant les quatre Évangiles, et de douze agneaux représentant les douze apôtres. Au registre supérieur, le Christ entre Pierre et Paul ». La porte centrale monumentale en bronze représente des périodes de la vie de Pierre et de Paul11.

L'intérieur de la basilique latine, gigantesque, mesure 131,66 mètres de long, 65 mètres de large, 29,70 mètres de haut avec 80 colonnes monumentales monolithiques en granit de Montofarno. La nef est divisée en cinq vaisseaux: le vaisseau central et deux doubles bas-cotés. Un large transept sépare le nef de l'abside. Le sol et les murs sont ornés de motifs géométriques en marbre polychrome tandis que le plafond à caissons est décoré de stuc doré.