Solenne coronamento del complesso corpo della chiesa è la grandiosa cupola innalzata secondo il progetto di Bernardino Zaccagni.

Creazione di grande equilibrio e ordine compositivo, essa è temperata nella grandiosità delle sue strutture dall'ampia e ariosa galleria ad arcate a tutto sesto che si apre nella parte inferiore; questa galleria è ripresa poi, in scala più ridotta, ma sempre con i medesimi caratteri (capitelli ed elegante cornice) nell 'aereo lanternino.

Di grande risalto decorativo è la balaustra, ornata da statue settecentesche su progetto di Mauro Oddi, che si snoda alla sommità dei quattro bracci della chiesa, e le sottostanti volute ugualmente intervallate da eleganti sculture.