Tra il XV e il XVI secolo, la chiesa fu arricchita da numerose opere d’arte. Nobile da Lucca realizzò pale con santi e una Madonna in trono. Giovanni Andrea De Magistris affrescò Santa Lucia e una Vergine con santi; Simone De Magistris dipinse i santi Antonio abate e Venanzio; il figlio Federico decorò le nicchie con motivi floreali. Vi è anche una Pietà di incerta attribuzione.
Uno stendardo su tavola di Marchisiano di Giorgio, con la Crocifissione e la Madonna della Misericordia, mostra influenze di Perugino, Pinturicchio e Lotto.
Tra le sculture spicca una Madonna col Bambino del Maestro di Macereto, ora nella Galleria Nazionale di Urbino.
Durante i restauri del 2003 sono emersi affreschi del XV secolo con il Cristo sorretto dal Padre Eterno e una Santa, prova dell’antica configurazione della chiesa, un tempo priva di abside.