Le Navate
L’interno dell’edificio, a pianta basilicale, caratterizzato da una sobria eleganza di tradizione rinascimentale, è suddiviso in tre navate da possenti pilastri cruciformi.
Navata Destra
Entrando, a destra, sulla parete di fondo spicca una geniale nicchia della Madonna di Loreto.
- Sul primo altare, di patronato della famiglia Mariotti, era collocata la tela del Guercino (1597-1666) raffigurante lo Sposalizio della Vergine.
- Sul secondo altare è collocato il dipinto raffigurante la Madonna in gloria e i Santi Nicola di Bari e Onofrio.
- Subito dopo il secondo altare è presente una statua votiva di San Padre Pio.
- Sul terzo altare, della navata di destra, è collocata la statua della Madonna.
In fondo alla navata è collocata la Cappella di San Paterniano dove si trova l’urna del Santo.
Navata Centrale
Affiancate ai primi due pilastri sul fondo della navata, sono visibili due acquasantiere in marmo della metà del ‘500, con i caratteristici motivi classici del basamento a piedi leonini e del fusto a squame. A metà è presente il pulpito ligneo. Proseguendo si trova la cupola affrescata.
La navata si conclude con l’altare monumentale alle cui spalle è presente il coro ligneo sormontato dal catino absidale anch’esso affrescato.
Il pulpito
Uno degli elementi più monumentali della chiesa è senza dubbio il pulpito, enorme conchiglione ligneo appoggiato ad un pilastro della navata centrale. Il lavoro viene assegnato all’artista fossombronese Benedetto Ginestra, attivo nella prima metà del XVII secolo. Un intagliatore che sente la compostezza cinquecentesca, unita alla tendenza a rifuggire dal fastoso, cioè dall’elemento più rilevante dell’epoca, per adagiarsi in un arte più serena e più tranquilla, quasi decorativa.
L'Altare
L’altare in marmi policromi – frantumato dal crollo del campanile nel 1944 e ricostruito con i materiali originali – è sormontato da sei sculture lignee, raffiguranti apostoli (XVI- XVII sec.). Si tratta di opere di ottimo intaglio, risalenti verosimilmente all’ultimo quarto del XVI secolo e riferibili ad ignoto intagliatore forse fanese o più probabilmente del vicino entroterra (Fossombrone, Pergola).
Delle sei statuette le due centrali raffigurano S. Pietro (chiavi) e S. Paolo (spada), le altre quattro, perduto quanto avevano nella mano visibilmente predisposta a reggere qualcosa, non consentono una identificazione certa. Considerando che solo una delle quattro statue presenta fattezze giovanili (San Giovanni), si può ritenere che si tratti di statue raffiguranti i quattro evangelisti.
Il coro
Dietro l’altare è presente il coro ligneo in noce ad opera degli artisti-artigiani fanesi Mencarelli e Fontana, (sec. XVII), secondo quanto riportato nella guida-catalogo di metà Settecento relativa alle “Pitture d’Uomini Eccellenti, che si vedono in diverse chiese di Fano”. Il termine “coro” apparve per la prima volta ad opera di scrittori della Chiesa occidentale come Isidoro di Siviglia e Onorio Augustodunense, che collegarono il termine alla “corona”, ossia il circolo formato dal clero e dai cantori che si riuniva intorno all’altare. Fu in questo periodo che sorse la necessità di creare i cosiddetti stalli, o scranni del coro, ossia quei seggi o sedili destinati, durante le funzioni e preghiere, al “coro” di prelati, alti dignitari ecclesiastici e la Schola Cantorum. In Italia e nell’Europa meridionale, il coro si trova spesso all’estremità finale della chiesa, intorno o dietro all’altare, e sovente addossato a semicerchio alle pareti dell’abside.
Il coro della Basilica è composto da ben 55 stalli distribuiti su tre file, di cui l’ultima costituita da 21 stalli è di particolare pregio perchè completamente intarsiata. Sopra di esso domina la pala di San Paterniano.
Navata Sinistra
Entrando, a sinistra il primo altare è dedicato a San Giuseppe. Vi è collocata la pregevole tela raffigurante il Transito di San Giuseppe, ritenuta opera di Giuseppe Cesari detto il Cavalier d’Arpino.
- Sul secondo altare vi è la tela raffigurante la Madonna col bambino, i Santi Sebastiano e Carlo Borromeo, del veronese, naturalizzato marchigiano, Claudio Ridolfi (1570-1644).
- Sul terzo altare è collocato il pregevole Crocifisso ligneo, scolpito a Napoli nel 1706 dallo scultore, nativo di Este, Giacomo Colombo (1663-1731C.).
- Successivamente è presente l’organo e la cantoria.
In fondo alla navata è collocata la Cappella del Sacramento.
Organo e Cantoria
Scendendo lungo la navata sinistra troviamo una monumentale cantoria lignea (1563), sul cui parapetto, all’interno di finte nicchie delimitate da lesene, sono collocate sette tele monocrome raffiguranti le virtù teologali e cardinali e, al centro, l’immagine di San Paterniano. Ricostruito nel 1775 da Gaetano Callido (1727-1813), uno dei maggiori rappresentanti della scuola organaria veneta, attivo in molti centri marchigiani, l’organo conta 750 canne distribuite in 17 registri. Lo strumento, di particolare pregio per essere uno dei tre organi di 12 piedi in territorio marchigiano, fu alloggiato dallo stesso Callido nella preesistente cassa coeva alla cantoria.
La cappella del Sacramento
Ricostruita ex novo a seguito del crollo del campanile, ospita a sinistra, una tavola raffigurante la Madonna col bambino in gloria e quattro sante, mentre sul lato destro della cappella è presente la tela di Santa Barbara.