A l'exception des autels de la Vierge (IM50000371) et de Saint-Clément (IM50000372), réalisés dans le premier quart du XIXe siècle par François-Armand Fréret et placés en 1865 dans les bras du transept, les objets de l'église ne sont pas antérieurs à l'année 1856, date de son ouverture au public. Hormis le maître-autel en pierre calcaire, réalisé à cette date, déposé en 1950 dans les bâtiments de l'abbaye Notre-Dame du Vœu, ainsi que la chaire, désaffectée puis démontée en 1970, une bonne partie du mobilier a été livrée à l'église entre 1881 et 1897, lorsque l'abbé Germain était curé de la paroisse. C'est le cas des dix statues acquises en 1881 auprès du marchand lyonnais Monteillet (IM50000388), entreposées depuis 1988 au dépôt de la Conservation des Antiquités et Objets d'Art de Saint-André-de-Bohon, de l'orgue, de plusieurs ornements liturgiques ainsi que des personnages de la crèche. En 1935, le chœur de l'église reçoit, à l'initiative de l'abbé Émile Guyard, curé de la paroisse entre 1932 et 1947, un nouveau décor à fresque représentant le collège apostolique (IM50000377). Celui-ci demeure, aux côtés du cycle de la vie de saint Paul, exécuté à la chapelle de l'institut Saint-Paul par Michel-Adrien Servant entre 1924 et 1927 (IM50000740), un des plus beaux ensemble décoratif de la ville. Endommagés en 1950 par une violente tempête, les 44 vitraux de la nef et du chœur, installés à la fin du XIXe siècle par les soins de l'abbé Germain, sont remplacés en 1953 par un ensemble dû aux frères Mauméjean, peintres-verriers de Paris.