L'organisation des longues galeries latérales autour des nefs, l'espacement entre les colonnes, dont la verticalité oriente le regard vers les sculptures et les peintures des voûtes, la hauteur de la grande coupole confèrent au Panthéon sa transparence et sa grâce.
En supprimant les fenêtres, la révolution a certes rendu plus austère l'édifice, intérieur et extérieur. Mais elle a aussi permis aux artistes du XIXème siècle de créer un des plus grands ensembles décoratifs de la capitale. Puvis de Chavanne, notamment, a réalisé au Panthéon ses plus grandes et ses plus belles fresques parmi lesquelles la jeunesse de Sainte Geneviève et Sainte Geneviève ravitaillant Paris. Les tableaux sont de grande taille, habillant entièrement les murs. Ils restent fidèles au style du bâtiment qui les abrite. Personnellement je n'accrocherais pas de telles peintures aux murs de mon salon ; je souhaite dire par là que ces peintures étaient vraiment destinées au Panthéon.
Dans l'ensemble, la décoration intérieure obéit à des impératifs civiques et philosophiques, destinés à affirmer le sentiment de l'identité nationale. On retiendra par exemple la peinture patriotique de François Léon Sicard, la Chevauchée vers la gloire, située dans l'abside de la nef principale, ou encore une vie de saint Louis d'Alexandre Cabanel. Les sculptures commémoratives postérieures à 1920 ne sont pas d'un intérêt artistique majeur.