L'intérieur, imposant et armonieux, est de style gothique et a trois nefs. Les oeuvres d'art dignes d'intérêt sont nombreuses : avant tout, La Vierge sur trône de Cimabue (XIII^e siècle), le retable en marbre du maître-autel de Michel Angelo Montorsoli (1558-61), les fresques de Vitale da Bologna du XIV^e siècle, un polyptyque ecceptionnel en terre cuite de Lippo di Dalmasio et enfin de précieux tableaux de Giuseppe Maria Crespi, de Albani, de Calvaert et d'autres maîtres de l'école bolonaise des XVI^e, XVII^e et XVIII^e siècles.

Un orgue monumental qui date de 1960 est extraordinaire à cause du nombre élevé de tuyaux et des registres en parfait état.

Précédée par un ample portique à quatre arcades, soutenu par d'agiles colonnes en marbre, commencé en 1393 sur le côté de l'église et terminé sur le parvis au cours des XVI^e et XIX^e siècles; la Basilique de Santa Maria dei Servi se détache pour sa superbe texture gothique, particulièrement remarquable dans l'abside, ravivée par la chaude couleur des ornements en terre cuite.

Elle fut construite par la communauté des Serfs de Marie entre 1386 et 1437 d'après le projet de Père Andrea da Faenza, général de l'Ordre, qui s'est peut-être servi de l'oeuvre de Antonio di Vincenzo, l'architecte de San Petronio.