L’interno presenta ornamenti neoclassici e, nella parete di fondo, statue in stucco del secondo Settecento raffiguranti con bella fedeltà il Beato Angelo Porro e San Filippo Benizzi, che indossano l’austero saio nero dei Serviti.
L’altare barocco racchiude una lunetta del 1350 circa: al centro è raffigurata la Madonna con il Bambino, affiancata a destra da San Giovanni Battista e a sinistra da una santa identificata come Santa Caterina d’Alessandria. L’affresco è stato ammirato da più di uno studioso. Giuseppe Martinola ha sottolineato «la vivacità del colore, la raffinatezza delle mani, il contenuto naturalismo del Bambino»; Carla Travi ha elogiato «la particolare tecnica a tratteggio sottile e fitto con cui il frescante conferisce volume e luminosità alle figure»; a Piero Bianconi è piaciuta Santa Caterina, che «alza con vivo fervore il volto giovanile e pieno, delicatamente dipinto di rosa e incorniciato di biondi e folti capelli».
Quanto all’autore, nel 1971 Michele Boskovits ha assegnato l’opera a Giovanni da Milano, attribuzione che da allora i critici hanno condiviso. L’artista, un grande allievo di Giotto, ha dipinto tra l’altro gli affreschi con le storie della Vergine conservati nella Chiesa fiorentina di Santa Croce.
