Внутреннее убранство
Интерьер церкви убран разными сортами мрамора: коричневым немецким, серым шведским, светло-жёлтым родосским, белым каррарским, чёрно-белым египетским. Колонны — из тёмно-серого с белыми прожилками мрамора.
Высокий трехъярусный иконостас, завершённый конхой, вырезан по рисунку Хофмана из белого каррарского мрамора скульпторами Джузеппе Маньяни и Я. Лундбергом. 25 икон на золотом фоне написаны академиком Т. А. Неффом. Иконы были пожертвованы великой княгиней Еленой Павловной.
Фрески
Фрески исполнил О. Р. Якоби, роспись купола — Август Хопфгартен. В убранстве церкви активно использовалась скульптура (рельефы ангелов над золочёными медными дверьми). Кроме того, интерес представляют медальоны с портретами скульпторов и художников, которые работали над созданием убранства храма: Неффа, Малакини, Маньяни, братьев Хопфгартенов и Леонхардта. Также были помещены изображения Филиппа Хофманна и К. А. Тона.
До настоящего времени не сохранился витраж с изображением воскресшего Спасителя, изготовленный в Мюнхене Максом Эйнмиллером.
У северной стены в полукруглой нише находится саркофаг из каррарского мрамора, поверх которого лежит изваяние скончавшейся герцогини Елизаветы: она представлена спящей, на голове венок из роз; левая рука приложена к сердцу, правая опущена. Стороны саркофага украшены рельефными изображениями двенадцати апостолов, углы — христианских добродетелей. Надгробие было создано Э.-А. Хопфгартеном, который за образец взял гробницу королевы Луизы Прусской.
Иконостас
Иконы на трехъярусном иконостасе, выточенном из каррарского мрамора, написаны русским придворным художником, профессором Петербургской Академии художеств Тимофеем Андреевичем Неффом (Karl Timoleon von Neff), который также расписывал иконостасы московского Храма Христа Спасителя и петербургского Исаакиевского собора. Расположение икон соответствует установленному православному канону.
В середине иконостаса — вырезанные из дерева и позолоченные Царские Врата с иконографическим изображением Благовещения: слева – Архангел Гавриил, справа – Богородица.
Справа от Царских Врат — икона Спасителя, далее вправо на южных дверях — изображение Архангела Михаила, побеждающего дракона, далее – храмовая икона святой праведной Елисаветы. Последняя в этом ряду справа – икона святителя Николая.
Слева от Царских Врат — икона Богородицы с Младенцем Иисусом на руках, далее налево на северных дверях — Архангел Гавриил с белой лилией в руке, далее следует икона святой царицы Елены с обретенным ею крестом Спасителя. Последняя слева — икона святой великомученицы Екатерины.
Над царскими вратами мы видим икону Тайной Вечери — Христос в окружении Своих учеников. Она обрамляется иконами составителей обеих наиболее часто совершаемых литургий: справа — икона святителя Иоанна Златоуста, слева — святителя Василия Великого. Далее направо следуют иконы святой равноапостольной Марии Магдалины, святого равноапостольного князя Владимира, крестителя Руси, и святой царицы мученицы Александры. На левой стороне по порядку от центра расположены иконы святой пророчицы Анны, святого равноапостольного царя Константина и святого великомученика Георгия Победоносца.
В центре третьего яруса в полный рост изображены святые апостолы и евангелисты (слева направо) Марк, Лука, Матфей и Иоанн. Далее справа — икона первоверховного апостола Петра, слева — икона первоверховного апостола Павла.
Скульптуры
В семичастной просторной апсиде с северной стороны храма возвышается саркофаг из белоснежного караррского мрамора с высеченной наверху лежащей фигурой Великой герцогини Нассау, Великой княжны Елизаветы Михайловны. По сторонам саркофага изображены фигуры двенадцати апостолов, а в углах — женские фигуры, символизирующие веру, надежду, любовь и бессмертие. Автор памятника Эмиль Хопфгартен, автор также всех скульптурных портретов снаружи и внутри храма, в качестве благодарности за искусное создание саркофага получил от Николая I орден Св. Станислава 2 степени.
В храме много настенных скульптурных изображений, таких как статуи ангелов и ангелочков, ангел смерти с опущенным факелом и ангел Воскресения, венчающие входные двери, и в этом также сказывается западное влияние – в России традиционно отдавали предпочтение иконописи.
Совсем нетипичны для русской церковной архитектуры мраморные медальоны, размещенные вдоль стен, с портретными изображениями создателей храма — архитекторов, художников, скульпторов. Слева от южного входа мы видим скульптурный портрет художника Нефа, написавшего все иконы иконостаса; справа – портрет архитектора Малачини, который работал с каррарским мрамором. В нишах в средней части храма: в левой — портрет архитектора из Нассау Леонгардта, который использовал местный мрамор и создал венец для фресок ангелов в куполе; в правой – портрет художника Августа Хопфгартена, выполнившего потолочные росписи. Слева от западного входа – медальон с портретом Эмиля Хопфгартена, создавшего саркофаг, а также все скульптурные портреты. Справа – изображение Филиппа Гофмана, автора и главного архитектора проекта.