Фронтальная стенка возвышения апсиды украшена резными мраморными плитами с рельефной аркатурой (1727–1737 гг.). По обе стороны главного алтаря расположены алтари Иоанна Крестителя (слева) и Пресвятой Богородицы (справа). Над апсидами этих алтарей находятся приделы апостола Петра и апостола Павла. У левой колонны перед алтарным пространством сооружены два трона: первый, увенчанный куполом, называется «трон брата Господня» (т.к. мощи апостола Иакова, брата Господня, в Средние века были захоронены под главным алтарём), второй – патриарший; оба богато инкрустированы перламутром, черепашьим панцирем и украшены резьбой по дереву (1680 г.). Зону алтаря и подкупольное пространство, а также отдельные участки стен украшает множество подвешенных на цепях серебряных и позолоченных светильников, лампад и люстр. К ним в соответствии с армянской традицией оформления святынь, особенно характерной для Иерусалима и Западной Армении, подвешено более 200 фаянсовых яиц с орнаментами из христианских символов, изображениями на евангельские сюжеты и памятными надписями. Нижняя зона стен основного объёма храма облицована орнаментальными панно из разноцветных изразцов (1727–1737 гг.; в том числе изразцы в церкви Св. Эчмиадзин, 1719–1727 гг.) из мастерских Кютахьи в Малой Азии, славившихся расписным фаянсом. Входы в приделы оформлены двухстворчатыми дверями, инкрустированными деревом разной породы, слоновой костью, перламутром и панцирем черепахи (1731 г.). Выше, до уровня капителей, поверхности стен и колонн покрыты двумя рядами прилегающих друг к другу картин маслом. Всего холстов около 80, они большого формата, посвящены библейским сюжетам и трём первым Вселенским соборам; также есть отдельные образы Спасителя, Богоматери, св. отцов. 23 холста (1721–1727 гг.) написаны монахом Ованнесом по заказу патриарха Григора Шхтаякира, в манере исполнения и в иконографии просматривается влияние западноевропейского изобразительного искусства, в частности, итальянского. Арки и своды отштукатурены и побелены, но в некоторых местах сохранились фрагменты фресок. В 1982–1983 гг., при реставрации живописи на северной стене храма, между входами в часовни было обнаружено изображение Иисуса Христа на троне между двумя апостолами Иаковами (XVI–XVII вв. (?); поновление выполнено художником А. Берберяном; в 2001 г. закрыто картинами). Напольная мозаика (разноцветный мрамор), обнаруженная в 1957 г. у северной стены и перед главным алтарём, датируется 1651 и 1739 гг. После окончания раскопок центральное напольное пространство было выложено новыми мраморными плитами. Главный вход в собор в центре западной стены, по сторонам расположены алтари великомученика Георгия и святителя Николая, отгороженные медными решётками. По некоторым данным, алтари были устроены в 1187–1194 гг., когда по приказу египетского султана Салаха ад-Дина службы в храме не проводились. Изначально вдоль южной стены собора располагалась открытая сводчатая галерея. В 1661 г. по решению патриарха Егиазара Айнтапци, который хотел учредить каталикосат для армян – подданных Османской империи, галерея была преобразована в длинное замкнутое помещение церкви Св. Эчмиадзин (28х7 м). В 1664 г. в Халебе (Алеппо) Егиазар был поставлен католикосом.