All'interno si può ammirare il Trittico di Defendente Ferrari e il Grande Affresco, opera di Secondo del Bosco di Poirino.

Appeso ora alla parete ovest del Coro Vecchio, ammiriamo il Trittico di Defendente Ferrari Nel centro domina, in piedi, una delicata Madonna che allatta il Bambino Gesù.
I pannelli laterali rappresentano San Michele Arcangelo e San Giovanni Vincenzo con il committente Urbano di Miolans.
Alla base, una predella, su cui l'autore dipinge la Visitazione di Maria, la Natività del Bambino Gesù e l'Adorazione dei Magi.

Il più grande affresco che si conserva alla Sacra è quello della Madonna Assunta, dipinto nel 1505 sulla parete sinistra di chi entra in chiesa.

È opera in gran parte di Secondo del Bosco di Poirino, e vi si ammira una devota sepoltura di Gesù, la dormitio di Maria (soggetto piuttosto . raro), in alto la Madonna Assunta.

La scena migliore è quella di Gesù calato nel sepolcro, per l'espressivo dolore del viso, il movimento accentrato delle persone, la semplice freschezza dei colori, specialmente il bel corpo di Gesù morto.

Sulla parete destra del Coro Vecchio si trova l'affresco della Leggenda che riassume la storia, mista a leggenda, della fondazione del Santuario: Angeli e colombe che trasportano le travi dal monte Caprasio alla cima del Pirchiriano, per la costruzione della prima chiesetta a San Michele; nel centro il Vescovo di Torino Amizzone che sale da Avigliana e trova la chiesa già consacrata dagli Angeli; in basso a sinistra il corteo di Ugo di Montboissier che da Susa si dirige verso il Pirchiriano per fondarvi il Monastero.