Numerosi capitelli, timpani, medaglioni e volute in stucco guarniscono la chiesa oltre al fastosissimo apparato plastico che Antonio Traeri ideò all'interno dell'invaso concavo dell'abside attorno al dipinto dedicato a San Carlo Borromeo, una delle più spettacolari opere esistenti a Modena e in Emilia.
Squisite decorazioni in stucco sono presenti anche nel nuovo catino della cupola, opera del decoratore Giuseppe Bianchi, docente dell'Accademia di Belle Arti che, con l'architetto ducale Pietro Termanini, curò la realizzazione della cupola dopo il crollo della precedente.
Tracce di decorazione pittorica ad affresco sono visibili dietro l'imponente "macchina" liturgica del Traeri, sicuramente preesistente e dettata dalla necessità di conferire dignità e prestigio visivo alla parte più importante della chiesa.