Le chœur ne possède aujourd’hui plus que cinq fenêtres, plusieurs d’entre elles ayant été bouchées lors de la deuxième campagne de travaux effectuée par l’architecte Ferdinand-Sigismond Delamonce.
Les stalles et boiseries que l’on y trouve, sont sculptées dans le style rocaille, on peut ainsi observer des volutes renversées et des rinceaux de feuillages sur les accoudoirs mais également des motifs de coquilles dissymétriques et des guirlandes de fleurs.
Les statues de Sarrazin représentant St Bruno et St Jean-Baptiste que l’on trouve à présent sur les pilastres de l’arc Munet, étaient à l’origine situées dans le chœur. Elles datent de 1628 et sont caractéristiques de la sculpture baroque tempérée du XVIIe siècle. Elles dégagent en effet une impression de mouvement renforcée par les plis des vêtements, on y trouve également l’expression du pathétique à travers les visages amaigris et les regards dans lesquels on décèle une grande tension intérieure.
Aujourd’hui, on y trouve également l’orgue St Bruno, il ne fut rajouté qu’en 1890, lorsque l’église est devenue paroissiale. Avant cela les chartreux s’y opposaient, leurs règles de vie leur imposaient en effet l’austérité jusque dans leur liturgie qui devaient être simples, sans fioritures. L’orgue est aujourd’hui connu comme étant le meilleur "deux claviers" de Lyon.
Les offices ont été célébrés dans le chœur jusqu’en 1737, celui-ci était alors séparé du reste de l’église par une cloison en raison des travaux. Lors du premier plan dessiné par l’architecte Delamonce concernant la deuxième vague de travaux, le chœur devait rester séparé du reste de l’église mais ce plan ayant été refusé par l’abbé, un deuxième plan intégrant le chœur fut établi et accepté.
Le lutrin est le pupitre servant à porter le livre de chants liturgiques. Il s’agit ici d’une sculpture représentant en son sommet un aigle avec les ailes déployées. Cet aigle est le symbole de la parole de Dieu le Père. Il est placé sur une colonne sculptée où l’on aperçoit des rameaux de vigne ainsi que des raisins, ces deux éléments font allusion au sang du Christ. Et enfin, sur la base on voit une colombe, symbole du Saint-Esprit. Ainsi, à lui seul, le lutrin rassemble les trois éléments de la Trinité.
La transition entre le chœur et la croisée du transept se fait par l’Arc Munet, réalisé par l’architecte du même nom au XVIIIe siècle. Il est soutenu par de puissants murs piliers en décrochement, ce qui correspond au style baroque. On y trouve également les deux pilastres emboîtés de style dorique dont les niches sont aujourd’hui occupées par les statues de Sarrazin.
L’autel a été dessiné au XVIIIe siècle par Servandoni puis modifié très peu de temps après par Soufflot, que l’on connaît pour son travail à l’Hôtel Dieu et au Panthéon de Paris. Il possède une particularité, il est en effet à double face. Cela signifie que l’office peut aussi bien être célébré du côté des moines que du côté des fidèles.
Le tabernacle, c'est-à-dire la petite armoire où l’on conserve les hosties consacrées, était à l’origine décoré de pierres semi-précieuses mais celles-ci ont disparu à la Révolution.
Le baldaquin fut lui aussi réalisé par Servandoni au XVIIIe siècle. L’objectif visé était de magnifier la présence du Christ. On y trouve en effet le tabernacle qui, contenant les hosties, contient le corps du Christ. C'est l'un des plus beaux de France.
Il est composé de divers matériaux, à commencer par le marbre dont sont constituées les colonnes. On trouve ensuite, pour les chapiteaux, du bois stuqué, c'est-à-dire recouvert d’un enduit imitant le marbre, à base de poudre de craie, de poudre de marbre et de chaux. Au sommet du baldaquin on peut observer un globe et une croix faits de cuivre doré à la feuille d’or. Enfin, la draperie est faite de tissu trempé dans du plâtre liquide qui fut peint, après avoir séché. On n’a aucune certitude quant au décor, on a longtemps pensé qu’il s’agissait de fleurs de lys qui lors des rénovations au XIXe siècle avait été transformées en trèfles. Cependant, lors des nouvelles restaurations opérées il y a quelques mois, on s’est rendu compte que les motifs initiaux représentaient déjà des sortes de trèfles sans tiges.
Le dôme est composé de huit fenêtres ovales, hautes de cinq mètres, séparées par des nervures et couronnées par un décor polygonal.
On aperçoit également quatre pendentifs dont le décor est inspiré par le thème des quatre évangiles. Du côté de la nef on peut ainsi voir saint Luc avec le taureau et saint Jean avec l’aigle tandis que du côté du chœur sont sculptés saint Matthieu avec l’ange et saint Marc avec le lion.
Le décor contraste un peu avec le reste de l’église, on revient dans un décor plus sobre et donc plus en accord avec l’esprit des chartreux. Elle fut terminée au XVIIIe siècle siècle.
Son plafond est décoré de voûtes en anse de panier. La transition entre le plafond et les murs se fait par une corniche dentelée qui fait le tour de l’église, elle fut rajoutée dans le chœur au XVIIIe siècle. Sous cette corniche, on trouve une frise avec, dans les métopes, une alternance de rose et de colombe, cette dernière symbolise le St Esprit et par conséquent les chartreux.
De chaque côté de la nef on trouve quatre arcades s’ouvrant sur des chapelles, elles sont séparées les unes des autres par des colonnes doriques.
Des rénovations ont été effectuées au XIXe siècle, modifiant, entre autres, l’intérieur des huit chapelles latérales. Les autels ont en effet été réorientés en faisant face aux murs extérieurs. Les fenêtres qui éclairaient chaque chapelle ont été bouchées, on en trouve encore la trace sur les murs extérieurs.
Avant 1870, la façade était très sobre, uniquement composée d’un grand mur plat percé d’une porte et d’une fenêtre. Lorsque l’église devient paroissiale, on fait appel à Ste Marie Perrin qui va établir un nouveau plan pour cette façade. Elle va ainsi être constituée de trois étages progressivement en retrait, ce qui va contribuer à la mise en valeur de la partie centrale.
Le premier étage est un porche abritant l’entrée de l’église. Celle-ci est encadrée par des colonnes ioniques ainsi que par des pilastres doriques. Au-dessus de la porte d’entrée, on trouve une citation en latin, de St (Matthieu ?), signifiant : "Venez à moi, vous qui peinez sous le poids du fardeau, et moi, je vous donnerais le repos". Cette citation fait référence à la souscription faite auprès des canuts pour financer les travaux de la façade.
Le deuxième étage est un balcon curviligne avec une petite terrasse où est située la fenêtre, seul élément qui fut conservé de la façade initiale. Elle est entourée de quatre colonnes cannelées et est surmontée d’un fronton triangulaire où l’on retrouve une fois de plus le symbole du St Esprit.
Enfin au troisième étage est située une niche avec la statue de saint Bruno et encadrée des initiales S.B.
Sur le clocher on peut voir huit baies garnies d’abat-son en dessous desquelles sont situées les huit fenêtres ovales du dôme. Le dôme extérieur est fait de pierres dorées et sert à cacher la calotte du dôme intérieur beaucoup plus bas. La couverture est à pan bombé, on y aperçoit des lucarnes. Au sommet on trouve un lanternon surmonté d’une boule et d’une croix en plomb qui sont le symbole des chartreux. Le dôme mesure en tout dix mètres de hauteur et trente-neuf mètres de diamètre.