L'interno della Basilica del Santo è a croce latina e a tre navate che si uniscono in semicerchio dietro la tribuna, dove si aprono nove cappelle radiali, è un concentrato di capolavori.
Attirano la nostra attenzione soprattutto i monumenti funebri di medici, guerrieri, prelati, letterati.
A Michele Sanmicheli si devono il Monumento al cardinale Pietro Bembo (nel secondo pilastro a destra), e quello in onore del nobile veneziano Alessandro Contarini.
La prima cappella a destra della Basilica, in cui riposa il Gattamelata, fu edificata in stile gotico nel 1458 su richiesta della moglie per accogliere la tomba del marito condottiero.
Superata la Cappella del Crocifisso o del Sacro Cuore incontriamo la Cappella di S. Giacomo o di S. Felice che rappresenta uno straordinario esempio di arte gotica veneziana. Fu realizzata nel 1372 dal capitano dei carraresi Bonifacio dei Lupi di Soragna e fu affrescata da Altichiero da Zevio (Leggenda di S. Giacomo e Crocifissione) tra il 1374 e il 1378, forse con interventi di Jacopo d'Avanzo.
Sopra la cappella, l'organo tardo ottocentesco che conta ben 4189 canne.
Al di là della sagrestia con armadio quattrocentesco, la trecentesca Sala del Capitolo ospita un frammento di Crocifissione attribuita a Giotto e brani di affreschi della sua bottega.
L'altare maggiore della Basilica del Santo è preceduto da una balaustra in marmo rosso (1661) con le statue della Fede, Carità, Temperanza e Speranza di Tiziano Aspetti (1593).
Alle pareti dodici bassorilievi in bronzo che rappresentano scene dell'Antico Testamento di Andrea Briosco e Bartolomeo Bellano.
L'altare maggiore, al centro di un'abside ampia circondata da un deambulatorio che porta alla Cappella del Tesoro, è uno dei monumenti più prestigiosi della Basilica, nonché uno dei punti di riferimento del Rinascimento italiano.
L'altare fu ideato ed eseguito tra il 1443 e il 1450 da Donatello che fu anche autore delle sculture in bronzo dorato che adornano l'altare. Nel 1591 i bronzi furono smontati e smembrati, ma nel 1895 vennero recuperati e inseriti grazie al restauro di Camillo Boito.
Un grande Crocifisso sovrasta la Madonna col Bimbo seduta in trono, circondata dalle statue dei Santi protettori di Padova, Giustina, Antonio, Daniele e Prosdocimo, e dai Santi Ludovico e Francesco.
Di Donatello è anche, dietro l'altare, la Deposizione in pietra, mentre il monumentale candelabro (1507-1515) con figurazioni sacre e allegoriche a sinistra è di Andrea Briosco, autore pure di due tra i bassorilievi biblici bronzei alle pareti.
Il deambulatorio si apre sulla serie di cappelle, di cui la maggiore ospita il Tesoro, fu eretta in stile barocco alla fine del seicento su disegno del genovese Filippo Parodi, allievo di Bernini. Qui sono infatti custodite le numerose reliquie del Santuario; tra le più venerate la lingua incorrotta del Santo in un preziosissimo reliquiario del fiorentino Giuliano di Giovanni (1436) e il mento in un grande reliquiario di ignoto artista padovano (1350).
Nella cappella è anche custodito il sasso che servì al Santo da guanciale all'Arcella, le navicelle rinascimentali per l'incenso e le casse lignee che avevano contenuto i resti del santo.
Dalla Cappella della Madonna Mora, resto della preesistente chiesa di Santa Maria Mater Domini donata a Sant'Antonio nel 1229, si ha accesso alla Cappella del beato Luca Belludi (1382), discepolo del Santo, le cui spoglie riposano nell'urna della parete.
La Cappella è decorata dall'ultimo ciclo di affreschi eseguito da Giusto de' Menabuoi con storie dei Santi Filippo e Giacomo. Gli affreschi, in parte deteriorati, sono stati in buona parte rifatti dal Sandri nel 1786 e più volte restaurati.
La Cappella è detta anche dei Conti perché fu fatta costruire nel 1382 dalla famiglia Conti, amministratori dei beni carraresi.
La Cappella dell'Arca del Santo (iniziata nel 1550 da Giovanni Minello su disegni del padovano Andrea Briosco) ha l'altare al centro, su disegno di Tiziano Aspetti (1593), sul retro l'arca in marmo verde con le spoglie del santo portoghese; il soffitto è ornato con stucchi, i primi realizzati in Veneto, di Giovanni Maria Falconetto (1533).
La decorazione più importante è costituita dai nove altorilievi delle pareti absidali raffiguranti scene della vita e dei miracoli del Santo, opera di famosi scultori cinquecenteschi (Sansovino, Minello e Tullio Lombardo).
Bellissimi sono pure i chiostri del convento: il Chiostro del Noviziato, quattrocentesco, che reca monumenti di Giovanni Minello e Andrea Briosco, il Chiostro del Capitolo o della Magnolia, ricco di ricordi marmorei, che corrisponde al nucleo originario del cenobio, da cui si accede al Chiostro del Generale, in stile gotico, un tempo detto del Refettorio; infine il Chiostro del Museo Antoniano che ospita oltre alla Lunetta del Mantenga, sopra citata, le pale d'altare del Tiepolo e tanti altri capolavori artistici.