Arkikatedros didįjį altorių sudaro trys dalys. Pirmoji, įrengta kiek aukščiau už kitas, papuošta Dievo Apvaizdos ženklu; virš jo iškyla kryžius su Kristaus figūrėle. Antroji dalis išsiskiria puošniu tabernakuliu.

Tabernakulis – puošni dėžutė, skirta Švč. Sakramentui laikyti. Katedroje ji buvo papuošta iškaltais pasakojimais apie Didžiojo Ketvirtadienio įvykius: Paskutinę Vakarienę, Jėzaus patarnavimą mokiniams plaunant jų kojas, maldą Alyvų kalne. Tabernakulio viršuje įrengtas gaubtas kryžiui ar monstrancijai, šalia jo – Lietuvos ir Vilniaus vyskupijos globėjų – šv. Kazimiero ir šv. Stanislovo – skulptūrėlės.

Naujasis altorius, ant kurio dabar laikomos šv. Mišios, įrengtas 2007 m. pagal Vatikano II Susirinkimo nurodymus.

Centrinėje navoje ant piliorių sukabinti Dvylikos apaštalų paveikslai nutapyti Pranciškaus Smuglevičiaus.

Costantino Villani specialiai šiai šventovės erdvei nutapė 16 didelių paveikslų. Tai Lietuvoje išraiškingiausias paveikslų ciklas Šv. Rašto temomis. Žiūrint į altorių, kairėje pusėje pavaizduotos Naujojo Testamento temos, dešinėje – Senojo.

Dešinėje navoje, sienų plokštumose virš koplyčių tarp piliastrų, kabo aštuoni Senojo Testamento siužetus vaizduojantys paveikslai. Einant nuo šv. Kazimiero koplyčios link vargonų choro – „Žmogaus sutvėrimas“,
„Abelio nužudymas“, „Abraomo auka“, „Jokūbo sapnas“, „Juozapas kalėjime“, „Mozė ant Sinajaus kalno“, „Jozuės pergalė“, „Saliamono teismas“.

Kairėje pusėje kabo kiti aštuoni dailininko Costantino Villani paveikslai. Nuo zakristijos einant vargonų choro link – „Arkangelo Gabrieliaus apreiškimas Marijai“, „Jėzaus Kristaus gimimas“, „Kūdikių žudynės“, „Trijų Karalių pagarbinimas“, „Bėgimas į Egiptą“, „Kristaus krikštas“, „Kristaus guldymas į kapą“, „Šventosios Dvasios atsiuntimas“.

Šv. Kazimiero koplyčia – išskirtinė Vilniaus katedros puošmena ir ypatingas maldingumo centras, iki šiol traukiantis tiek turistus, tiek piligrimus.

Lietuvos didžiojo kunigaikščio Kazimiero (valdė 1440–1492) antrasis sūnus Kazimieras (1458–1484) pagarsėjo sugebėjimu valdyti ir pamaldžiu gyvenimo būdu. Mirė dar visai jaunas, buvo palaidotas Vilniaus katedroje, kur veikiai tikintieji ėmė patirti įvairias malones. Netrukus po mirties buvo pradėtas karalaičio kanonizacijos procesas. XVII a. pradžioje karalaitis oficialiai patvirtintas šventuoju, 1604 m. Vilniuje tai paminėta didelėmis iškilmėmis.

Dabartinė koplyčia statyta 1623–1636 metais valdovų Vazų – šv. Kazimiero brolio anūko Zigmanto ir proanūkio Vladislovo – iniciatyva. Ją projektavo ir statė puikūs italų architektai Matteo Castello ir Costante Tencalla. Tai buvo pirmasis (ir labai retas) pastatas Lietuvos Didžiojoje Kunigaikštystėje, kurio puošyboje vyrauja marmuras. Koplyčios išorė dekoruota mūsų kraštuose taip pat reto smiltainio plokštėmis. 1636 m. į koplyčią iškilmingai buvo perkeltos karalaičio relikvijos. XVII a. pabaigoje koplyčios kupolas ir altorius buvo papuošti itin meistriška stiuko lipdyba.

XV a. pastatyta koplyčia priklausė didikų Goštautų šeimai, jos nariai laidoti po grindimis išmūrytoje kriptoje.

Rytinėje ir vakarinėje koplyčios sienose išliko du vertingi XVI a. antkapiai.
Pirmasis skirtas Lietuvos Didžiosios kunigaikštystės kancleriui Albertui Goštautui (aut. Bernardo Zanobi da Gianotti). Tai seniausias Lietuvos memorialinės skulptūros kūrinys, turintis ir gotikos, ir renesanso dailės bruožų. Antrasis antkapis skirtas vyskupui Pauliui (Povilui) Alšėniškiui (aut. Giovanni Maria Padovano).

Koplyčios puošmena – „Šv. Mykolo Dievo Motinos“, dažniau vadinamos „Sapiegų Madona“, paveikslas. Šis Švč. Mergelės Marijos atvaizdas su pranciškonų šventaisiais Pranciškumi ir Bernardinu jau nuo XVI a. garsėjo
malonėmis ir stebuklais. Anksčiau buvęs Bernardinų bažnyčioje, vėliau paveikslas ilgą laiką priklausė Šv. arkangelo Mykolo bernardinių vienuolyno bažnyčiai. Nuo šios šventovės fundatoriaus giminės ir kilo pavadinimas „Sapiegų Madona“. Bažnyčioje paveikslo akivaizdoje patirti stebuklai buvo registruojami, o 1750 m. rugsėjo 8 d. atvaizdas buvo vainikuotas popiežiaus Benedikto XIV atsiųstomis karūnomis (aptaisas ir karūnos neišliko). Tai – ketvirtasis vainikuotas šventasis atvaizdas Lietuvos Didžiojoje Kunigaikštystėje (antrasis pagal senumą dabartinėje Lietuvoje).

2020-iais Katedros bendruomenės pastangomis Dievo Motinos ir Kūdikėlio Jėzaus karūnos atkurtos ir vėl puošia paveikslą.

Vilnius (?), Vidurio Europa, apie 1500–1503 m.
Sidabras, kalimas, liejimas, kalstymas, graviravimas, auksavimas; šlifuotas stiklas

Seniausias šiuo metu Lietuvoje išlikęs relikvijorius priklauso vadinamųjų „kalbančių“ relikvijorių tipui. Jo forma byloja apie viduje esančią relikviją – čia saugoma Krokuvos vyskupo šv. Stanislovo rankos kaulo dalis. Manoma, kad ant relikvijoriaus piršto užmautas žiedas su safyru kadaise priklausė kuriam nors vyskupui ir buvo paaukotas šv. Stanislovui kaip votas. 1503 m. dokumente rašyta, kad relikvijorius viešai pagarbiai katedroje išstatomas du kartus per metus, šventojo vyskupo iškilmių proga gegužės 8 ir rugsėjo 27 dienomis.

Koplyčia nuo 1989 m. pašvęsta sovietmečiu žuvusių, įkalintų, ištremtų žmonių atminimui. Koplyčioje įrengtos trys epitafijos Vilniaus vyskupams: Jonui Nepomukui Kosakovskiui (1755–1808), Mečislovui Reiniui (1884–1953) ir Julijonui Steponavičiui (1911–1991).Sienų nišose – aštuonios šventųjų skulptūros, virš jų matomi dorybių simbolius laikantys angeliukai (aut. Pranciškus Smuglevičius). Nukryžiuotojo skulptūra į koplyčią perkelta iš 1864 m. uždarytos Trinitorių bažnyčios.

Šv. Vladislovas – Vengrijos ir Kroatijos karalius, gyvenęs XI a. ir tapęs šventuoju Vengrijos globėju. Priimdamas krikštą, Lietuvos ir Lenkijos valdovas Jogaila pasirinko Vladislovo vardą, todėl 1387 m. Jogailos statytai Vilniaus katedrai nuspręsta duoti Šv. Stanislovo ir Šv. Vladislovo titulą.

Per didžiausią paskutinę katedros rekonstrukciją Laurynas Gucevičius suprojektavo šv. Vladislovo (anksčiau – vyskupo Abraomo Vainos) elipsės formos koplyčią. Koplyčia buvo ištapyta freskomis, jų fragmentus galima matyti iki šiol. Prie koplyčios altoriaus išlikę lotyniški užrašai liudija teologinę freskų prasmę: Zelus (uolumas) ir Fides (tikėjimas). Koplyčios altorius įrengtas XIX a. vid., jo nišoje stovi masyvi gipsinė šv. Vladislovo, rankoje laikančio kryžių, skulptūra (1861–1863 m., aut. Henrikas Dmochovskis).

Kalėdų laikotarpiu Šv. Vladislovo koplyčioje paruošiamas Betliejus, o Didįjį Ketvirtadienį į šią koplyčią rengiama procesija su Švč. Sakramentu.

XV a. pab. Lietuvos didžiojo kunigaikščio ir Lenkijos karaliaus Kazimiero Jogailaičio pastatyta Karališkoji, arba Valavičių, koplyčia. Šios koplyčios kriptoje buvo laidojami karališkosios šeimos nariai, tarp jų ir šventumu garsėjęs karalaitis Kazimieras.

Bažnyčiai leidus Kazimierą gerbti kaip šventąjį, Lenkijos ir Lietuvos valdovas Zigmantas Vaza ėmėsi statyti naują Šv. Kazimiero koplyčią, kuriai vieta atsirado iškeitus Vilniaus vyskupo Eustachijaus Valavičiaus (1572–1630) globotą koplyčią pietrytiniame kampe į Karališkąją koplyčią, tapusią Valavičių koplyčia. Iki 1630 m. Vilniaus vyskupo Eustachijaus Valavičiaus rūpesčiu koplyčia buvo perstatyta ir išpuošta.

Vytautas – pirmasis Vilniaus katedroje palaidotas Lietuvos valdovas, padėjęs naujai perstatyti ir išpuošti bažnyčią. 1930 m. minint 500 metų nuo Vytauto mirties tikėtasi rasti kunigaikščio palaikus ir perkelti juos į naujai pagamintą sarkofagą. Deja, Vytauto palaikų tebeieškoma iki šiol.

Sarkofagas Vytauto Didžiojo palaikams. Čekoslovakija, 1930 m. LNM

Nuo 2019 m. Vilniaus katedroje bazilikoje lankytojams atverti nauji požemių maršrutai, esantys šiaurinėje katedros požemių dalyje. Jie leidžia pamatyti ir išgirsti apie ilgus metus tiesiogine to žodžio prasme buvusias neprieinamas, užmūrytas ar užtvertas erdves. Lankytojai čia gali apžiūrėti vienų seniausių Lietuvoje mūrų, XIII–XIV a. bokšto ir laiptų liekanas, istoriškai neįkainojamus Jogailos ir Vytauto katedros mūrus, skirtingas laidojimo tradicijas menančias kriptas ir mauzoliejų, katedros rekonstrukcijas liudijančias sienas, XVIII a. drenažinę sistemą, gotikines plytas ir kitas vertybes, išsidėsčiusias nemažame, 120 kv. m plote po Vilniaus katedra.

Varpinė – svarbi Vilniaus arkikatedros bazilikos, Žemutinės ir Aukštutinės pilių komplekso dalis, miesto simbolis. Varpinės istorija siekia XIII a. vidurį, dabartinę išvaizdą ji įgavo XIX a. pradžioje. Pastato viršuje laiką skaičiuoja seniausias miesto laikrodis, į šv. Mišias kviečia varpų skambėjimas, atsiveria netikėta Vilniaus panorama.

Sovietmečiu buvo nuspręsta katedros varpinėje įrengti kariljoną. Iš uždarytų Lietuvos bažnyčių čia atvežti įvairaus dydžio varpai. Jie gręžti, frezuoti, šlifuoti, tačiau varpų suderinti nepavyko. 2009 m. jie restauruoti Kelno arkivyskupijos restauravimo dirbtuvėse. Dalis varpų grįžo į bažnyčias, iš kurių buvo išvežti, kiti eksponuojami varpinėje.