L'intérieur de la Basilique del Pilar est organisé en trois nefs, la centrale étant la plus large, et sept travées soutenues par de grands piliers décorés de pilastres classiques. Ils sont soutenus par des entablements qui supportent des dômes sur des pendentifs et des voûtes. Sur les murs latéraux se trouvent des chapelles couvertes de coupoles ou de voûtes, et la décoration intérieure comprend des guirlandes et des figures de putti, œuvre du sculpteur Manuel Miguel Gálvez en 1871.

Dans le sens des aiguilles d'une montre, depuis la porte inférieure, à l'extrémité est de la façade sud, se trouvent les chapelles de Santa Ana et de San José, suivies de la sacristie principale, puis des chapelles de San Antonio et de San Braulio, jusqu'à la porte supérieure. Dans la partie occidentale, à côté du chœur, se trouvent quatre petites chapelles, parmi lesquelles se distinguent les chapelles Ecce Homo et Buena Esperanza. Au pied de l'église se trouvent les chapelles du Rosaire et de San Agustín, entre lesquelles se trouve la salle capitulaire.

Du côté nord, à partir de la porte haute donnant sur l'Èbre, se trouvent les chapelles de San Pedro Arbués, San Lorenzo, San Joaquín et la sacristie de la Vierge, laissant au centre le musée Pilarista. En face de la Santa Capilla se trouve le Coreto de la Virgen et, de part et d'autre, les chapelles de Santiago et de San Juan, situées près de la porte inférieure de la place, l'entrée principale des visiteurs.

Le musée Pilarista abrite une collection d'objets liturgiques, de couronnes, de bijoux et plus de 350 manteaux de la Vierge. Plusieurs archevêques de Saragosse sont enterrés dans le temple, ainsi que Saint Braulio et le général Palafox.

Un événement important s'est produit le 3 août 1936, lorsqu'un avion républicain a largué quatre bombes sur Saragosse. L'une est tombée dans les rues de la ville, une autre sur la Plaza del Pilar, une troisième a percé le toit de l'église et la dernière a frappé près de la peinture murale de Goya dans le Coreto. Aucune n'a explosé et deux d'entre elles sont conservées comme souvenirs dans la basilique. Bien que beaucoup l'aient interprété comme un miracle, des rapports ultérieurs ont attribué l'échec à des défauts techniques, au sabotage et au fait que les bombes avaient été larguées à très basse altitude.

Enfin, à l'intérieur de la basilique, on peut voir les drapeaux de l'Espagne et de l'Amérique latine, car la Virgen del Pilar est considérée comme la patronne du monde hispanophone.