Nel catino absidale è infatti l'Ultima Cena, con la mensa del Cristo e degli apostoli sovrastata dall'architettura dipinta alle loro spalle, una pesante porta urbica fiancheggiata dalle mura, sopra le quali sono posizionati degli angeli, recanti i simboli del convito: il pesce, il pane azzimo, le spighe di grano, l'uva; ai lati degli angeli, coloro che porgono le offerte.
Sull'arcone il sacrificio di Isacco e quello dell'Agnello pasquale: questi richiami al Vecchio Testamento vogliono celebrare il mistero eucaristico.
Nella fascia del matroneo sono raffigurati i Santi che hanno attinenza con miracoli eucaristici: il B. Federico da Ratisbona (+1329), che riceve la comunione da un angelo, la B. Giuliana da Cornillon, ispiratrice della festa del Corpus Domini, il B. Giovanni Bono da Mantova (1250), mentre compie la prova del fuoco per dimostrare la presenza reale di Cristo nell'ostia consacrata, il B. Grazia da Cattaro (+1508), San Tommaso da Villanova(1486-1555), S. Nicola da Tolentino (1245-1305), la B. Limbania da Cipro, S. Agostino (354-430), la B. Veronica da Binasco (1446-1497), S. Giovanni da Saghaun (i1479), il B. Alfonso da Orozco (+1591), il B. Sante da Cori (+1392), S. Rita, il B. Simone Fidati da Cascia ( 1295-1348), mentre assolve il sacerdote senese protagonista del miracolo eucaristico, Madre Maria Teresa Fasce (1881-1947).
Le vetrate delle monofore sono istoriate coi Miracoli eucaristici, progettate dallo scultore Armando Marrocco, raffiguranti i miracoli: di Torino (1453), di Bolsena (1263), della moltiplicazione dei pani, di Lourdes (1923), di Assisi (1244), di Siena (1730), di Cascia (1330).
Marrocco ha anche progettato i seggi del presbiterio.
Il pulpito in noce è stato eseguito nel 1949 su disegno dell'architetto Martinenghi, modellato dal milanese Emilio Monti e scolpito nella scuola di intaglio dell'istituto Pavoniano degli Artigianelli di Milano: nel pluteo è raffigurato Gesù docente con intorno i quattro evangelisti; nel piedistallo, davanti, versetti tratti dai Vangeli ed episodi cristologici; sul retro, la fonte che disseta, lo stemma agostiniano e quello della città di Cascia.
La cupola reca affreschi del romano Luigi Montanarini, che vi lavorò dal 1955 al 1956; la decorazione interessa l'intera superficie della cupola e si estende per oltre trecento metri: il tema è l'esaltazione dello Spirito santo. Nelle vele sono raffigurati: Santa Rita, S. Agostino, S. Tommaso da Villanova, la B. Giuliana da Cornillon, S. Giovanni da Sahagun, il B. Simone Fidati da Cascia, S. Nicola da Tolentino, S. Chiara da Montefalco.
Tra i piloni, il Transito di di Santa Rita, la sua Beatificazione da parte di papa Urbano VIII, la Canonizzazione da parte di Leone XIII, le Opere ritiane di Cascia, il Conferimento alla chiesa del titolo di Basilica Minore nel 1947, il tutto accompagnato da didascalie in latino.
Nella lanterna, tra un vortice di angeli, immersa in una intensa luce gialla, la colomba dello Spirito Santo, che emana consistenti raggi dorati che attraversano le nubi, diretti ai santi e beati che le fanno corona, eterei, privi di volume, ancora più inconsistenti degli angeli, incollati sul fondo blu intenso della cupola come figurine di carta.
Tramite questa assenza di peso e di gravità, Montanarini ha voluto rendere evidente l'anima, l'essenza spirituale di questi personaggi che, anche da vivi, hanno prestato attenzione non alle cose terrene, corporee, ma a quelle ultraterrene.
Le decorazioni della basilica, con vari soggetti raffigurati come si è detto, in stili diversi, a volte contrastanti, da pittori di diversa formazione, non riescono a creare un insieme pittorico unitario, ma sono ovviamente collegate una all'altra secondo un programma iconografico, così interpretato dal sacerdote e storico locale Ansano Fabbi (Storia e Arte nel Comune di Cascia, p.300): "(Il pellegrino) angustiato dalle innumerevoli difficoltà della vita, verserà il suo affanno presso la santa che ha sofferto da ragazza, da sposa, da madre, da vedova, e vedrà nel transetto di sinistra come la santa umile e fiduciosa ha deposto ai piedi del Cristo giudice il suo tormento (Ferrazzi). Poi ricorrerà al datore di ogni santità e serenità al Sacramento della Penitenza e della Eucarestia nell'abside (Filogamo) e alla mediazione della Madre della Chiesa Assunta che nella sua nobiltà addita il cielo (Ceracchini) meta di ogni itinerante. Ripartirà rinfrancato da questa sponda, sicuro che non sarà solo a portare la sua croce (nartece del Consadori)".
Nell'aprile 1988 è stata inaugurata anche una Basilica Inferiore, molto moderna, sempre con la pianta a croce greca, nata su una vecchia cripta aperta al pubblico nel 1952 e progettata dagli architetti Scrimieri, Gengo e Caproni.
La basilica inferiore è nata per accogliere un'importantissima reliquia, legata ad un miracolo liturgico, il Corpus Christi o Sacra Reliquia, cioè la pagina del breviario di un sacerdote senese che nel 1330 si recò al capezzale di un morente, mettendo tra le pagine del libro, in maniera irriverente, l'ostia consacrata: quando, giunto a destinazione, aprì il breviario la trovò liquefatta.
Il prete senese consegnò il breviario al Beato Simone Fidati di Cascia, agostiniano, che all'epoca era predicatore a Siena, il quale portò il libro a Perugia, dove le due pagine che recavano l'impronta dell'ostia liquefatta furono poste in due reliquiari: uno venne portato nel convento di Sant'Agostino di Cascia, e l'altro rimase a Perugia, da cui fu rubato verso la metà del secolo scorso. Il culto della reliquia del Corpus Christi fu riconosciuto da Bonifacio IX nel 1410, con una bolla.

La cappella del Miracolo si trova nel braccio destro, dove sono sistemate anche le ossa del Beato Simone Fidati, in un masso di travertino; sopra, opera di Armando Marrocco, il reliquiario con l'oggetto miracoloso (foto nn°2056, 57) e un pannello contenente una riproduzione ingrandita di esso, nella quale si può cogliere, nella macchia circolare dell'ostia divenuta liquido sangue, il disegno di un profilo umano, che ricorda il capo di Cristo coronato di spine.
Accanto alla cappella della reliquia della Sacra Particola, è la Sala del Tesoro, che contiene numerosi ex-voto; viene aperta la pubblico in orari prestabiliti.
Il Marrocco disegnò anche il crocifisso nel presbiterio e le vetrate con i Santi agostiniani umbri, raffigurati intervallati da paesaggi riferentisi al territorio in cui sono vissuti.
L'altare principale, di fronte all'ingresso, è dedicato al Sacro Cuore, e vi è una tela del Filocamo, mentre il paliotto, con l'Ultima Cena, è opera del Pellini, che ha eseguito anche tutte le statue che ornano le pareti.
L'altare di sinistra presenta una pittura raffigurante Maria Maddalena, opera del Vincenzi.
Un ambiente dietro l'abside sinistra accoglie la sepoltura della Venerabile Madre Maria Teresa Fasce (1881-1947) originaria di Torriglia, Genova, a lungo Superiora del monastero di Santa Rita e fondatrice dell'orfanotrofio femminile "Alveare" che ancora oggi accoglie le Apette di Santa Rita, nonché personaggio che dette un impulso decisivo alla costruzione della basilica.
Tra la Basilica Superiore e l'Inferiore scendendo, a sinistra, collegata con le due chiese dall'interno tramite una scala elicoidale, si trova la Penitenzieria, progettata dagli architetti Scrimieri, Gengo e Caproni, gli stessi della Basilica Inferiore; è stata realizzata nell'anno del XVI anniversario della conversione di S. Agostino, inaugurata nel maggio 1986.
All'esterno della Penitenzieria, è la Fonte della Vita, opera del Marrocco, che ha eseguito anche le quattro Virtù Cardinali della porta d'ingresso e tutte le sculture dell'interno.
Lo spazio interno è strutturato secondo un percorso di quattro tappe: il primo ambiente è la Sala dell'Accoglienza, con la scultura del Figliol Prodigo in travertino e un arcobaleno in mosaico, simbolo di speranza e della alleanza tra Dio e gli uomini; si passa poi nella Sala della Preparazione alle Confessioni, dove è un Crocifisso bronzeo; la Cappella delle Confessioni e infine la Sala del Ringraziamento che ospita l'opera maggiore del Marrocco a Cascia, il Cristo Risorto sempre in travertino, che è un moderno non-finito, tecnica utilizzata nelle ultime sculture michelangiolesche; sopra la statua, uccelli in bronzo dalle grandi ali volano intorno al Cristo.