L’interno del Santuario costituisce una ricca panoramica dell’arte lombarda tra tardo Manierismo sino alle porte del Novecento.
Meritano una visita specifica la cappella di San Giuseppe, decorata da Camillo Procaccini e aiuti entro il 1603, con la splendida pala d’altare del Riposo nella fuga in Egitto; la cappella di San Giorgio, con il pregevole ciclo di affreschi di Pier Francesco Mazzucchelli detto il Morazzone (1614-1615), i notevoli stucchi e la pala d’altare raffigurante San Giorgio e il drago dipinta da Giovanni Ambrogio Figino ed esposta sull’altare verso il 1606; la sontuosa cappella di San Carlo, tra i più riusciti episodi di stile barocco in Lombardia, decorata da Andrea Lanzani dal 1678 al 1684.
Numerose tele del XVII secolo sono distribuite tra la Sagrestia, Penitenzieria e cappelle laterali, tra cui un Martirio di Santa Caterina di Camillo Procaccini, la pala d’altare della cappella di San Giovanni Battista attribuita a Giovanni Mauro il minore dei fratelli Della Rovere, e la bella pala d’altare di Sant’Anna dipinta da Carlo Vimercati nel 1714 ca.
Grandiosi cicli ad affresco ottocenteschi furono eseguiti in navata da Giuseppe Carsana (1868-1889), pittore bergamasco proveniente dall’Accademia Carrara, e dal torinese Luigi Morgari (1890-1895) coadiuvato con raffinatissime decorazioni e quadrature di Achille e Angelo Secchi.
Notevoli gruppi scultorei ottocenteschi decorano gli interni, tra cui i due grandiosi modelli in gesso dello scultore Pompeo Marchesi “La Religione” e “San Carlo comunica San Luigi Gonzaga” giunti direttamente dallo studio milanese dello scultore nel 1868. Altri bei gruppi in stucco coronano le neoclassiche cappelle laterali, tra i quali spicca per qualità esecutiva quello di Grazioso Rusca sulla cimasa della cappella di Sant’Ambrogio completata verso il 1806.
Tra i dipinti ottocenteschi si segnalano le opere di Giuseppe Sogni, Raffaele Casnedi nella cappella dell’Immacolata e la pala di Roberto Galperti da Verolanuova nella cappella di S. Ambrogio.
Una visita non deve mancare nel periodo natalizio, occasione per vedere lo spettacolare Presepio in sagome dipinte di Giuseppe Carsana (seconda metà del XIX sec.), costituito da venti soggetti a grandezza naturale, studiato per il doppio allestimento natalizio e dell’Epifania.
Meritevole di particolare attenzione il monumentale altare maggiore, di origine secentesca ma ampliato e trasformato alla fine dell’ottocento su progetto dell’architetto Gaetano Moretti, con gli attuali gruppi scultorei in marmo di Carrara di Antonio Carminati, le sculture in bronzo sono opera di Eugenio Bellosio e Giovanni Lomazzi. Nel retro dell’altare una bella pala della metà del Seicento dipinta da Johann Christophorus Storer raffigura San Carlo che posa la prima pietra del Santuario di Rho.
L’attuale presbiterio post conciliare è stato eseguito in marmo di Candoglia dallo scultore Floriano Bodini e venne consacrato dal Cardinal Carlo Maria Martini il 24 aprile 1998.
Notevoli opere di ebanisteria e scultura lignea, specialmente settecenteschi, decorano l’interno della basilica, tra i quali spicca sopra l’arco del presbiterio il grande Crocefisso con due angeli intagliato da Giuseppe Antignati nel 1765, l’elegante coro il noce del 1747 di Antonio Maria Pozzi, e i notevoli pulpiti e casse d’organo in legno dorato eseguiti da Benedetto Cazzaniga nella seconda metà del Settecento.
In Sagrestia e Penitenzieria grandiosi armadi e arredi dei secoli XVII-XIX.