L'ornementation intérieure d'Alexandre Nevski est très riche, de matériaux très chers et haut de gamme furent exclusivement utilisés : des marbres multicolores italiens, brésiliens, marocains et allemands, de l'onyx brésilien, de l'albâtre indien.
Les luminaires sont fabriqués à Munich, dans un style Nouvel Empire. Le lustre central pèse 2 tonnes et demi, suspendu à 27 mètres de hauteur, décoré avec de verre de Iéna. Le sol du temple est recouvert de mosaïques de marbre multicolore italien, importées de Venise.
Dans l'autel central se trouve le trône pontifical avec son baldaquin composé de quatre colonnes de marbre rouge, reliées par des arcs, à qui se superpose une colonnade de 32 colonnes, toutes faites d'onyx brésilien rouge et vert et de l'albâtre de la plus haute qualité. Le trône royal se trouve derrière le trône pontifical, lui aussi à l'intérieur d'un baldaquin avec quatre colonnes de marbre vert. Les deux colonnes de devant reposent sur deux lions couchés.
L'iconostase centrale est fabriquée en plusieurs sortes de marbre et rejoint les deux colonnes de devant en onyx du baldaquin. La partie intérieure de l'iconostase est faite de marbre blanc et jaune avec 9 emplacements pour des icônes dont les archivoltes reposent sur des colonnes de marbre vert italien; la partie supérieure remonte à 2 mètres et est fabriquée en marbre rouge clair avec 10 emplacements pour icônes, plus petits que ceux du bas. Tous les icônes de l'iconostase sont peintes par d'illustres peintres russes (dont deux de Victor M. Vasnetzov - Christ le Sauveur et Sainte Marie). L'estrade est faite de mosaïques de marbre, avec 5 marches de marbre vert foncé.
Il existe deux autres iconostases latérales, comme une réplique en miniature de l'iconostase centrale. Les icônes du côté nord sont peintes par le grand peintre bulgare Ivan Markvitchka, ceux du côté sud par Anton Mitov.
En hauteur, autour de la coupole centrale, est peint en circulaire et en bronze toute la prière Notre père, avec la typographique typique des livres chrétiens slaves. Sous la coupole est réalisée l'une des fresques les plus impressionnantes, celle de Dieu, oeuvre du grand peintre russe Grigoriy Myasoedov. Du fait de l'échelle, le peintre dessinait sur un plan de la fresque calculé mathématiquement sans jamais pouvoir la voir dans son ensemble, du haut de son échafaudage. Le diamètre du visage mesure 2 mètres, le bras est long de 4,6 m et la superficie du tout mesure 850 m². Myasodeov ne put voir son oeuvre intégral qu'une fois l’échafaudage démonté.