L'aménagement intérieur du théâtre bâti de 1880 à 1882 sur les plans de l'architecte Horace Lefort fait l'objet d'un devis séparé. Il est réalisé au cours du premier semestre 1882 sous le contrôle d'Augustin Vizentini, "ancien administrateur du théâtre de l'Opéra et des principaux théâtres de France", demeurant 27 rue du Faubourg Saint-Didier à Sens, assisté par Sarrazin, l'architecte de la ville. Le premier lot des travaux ("Décors scéniques - Décoration de la Salle - Machinerie") est attribué le 2 février 1882 à la société Diosse et Fils, établie 5 rue d'Avignon et rue Grillet à Lyon, dont le papier à en-tête précise les compétences : "Entreprises générales ou partielles pour théâtres, casinos et salles de concert. Maison à Paris : atelier de peintures décoratives pour scènes, salles, foyers. Maison à Genève : atelier de peintures, sculpture et modelage. Atelier de construction scénique en bois, en fer ou mixte". La décoration de la salle est estimée 21 645 F. Dans un courrier du 26 mai, Diosse annonce : "les cartons-pierre de la salle sont expédiés par notre maison de Genève". L'adoption de ce type de décor a entraîné un changement de garde-corps pour les galeries : initialement prévus en métal découpé, ils ont été réalisés en bois enduit de plâtre "pour permettre l'application des pâtes et peintures décoratives" (l'ensemble évoque le décor du théâtre de Chalon-sur-Saône, de peu postérieur, dû à la même maison Diosse). Par ailleurs, "pour obtenir une meilleure acoustique en même temps qu'un aspect plus décoratif, des corniches ont été établies dans le pourtour de la salle ; d'autres corniches ont été établies au deuxième étage et dans le foyer". L'oculus situé au-dessus du lustre est fermé par une grille métallique, fondue sur un modèle donné gratuitement par le statuaire Ferdinand Levillain, auteur des modèles utilisés pour les décors sculptés extérieurs. Le balcon du premier étage porte le nom de dramaturges : Auguste Anicet-Bourgeois (1806-1871), Pierre Corneille (1606-1684), Alexandre Dumas (1802-1870), Victor Hugo (1802-1885), Molière (Jean-Baptiste Poquelin, 1622-1673), Eugène Scribe (1791-1861), et de compositeurs : Adam (vraisemblablement Adolphe Adam, 1803-1856, ou son père Jean-Louis, 1758-1848), Daniel François Esprit Auber (1782-1871) et Hérold (vraisemblablement Ferdinand Hérold, 1791-1833, ou son père François Joseph, 1755-1802).

Le décor de la salle est rénové en 1928 par le peintre Georges Lods (17 rue Victor Guichard) : peintures, papiers de tenture, "retouche des peintures décoratives de la coupole, des balcons et du portique de la scène". Une nouvelle rénovation a lieu en 1980-1981 suivant le projet des architectes scénographes Camille Demangeat et Michel Rioualec. Décors (lambrequin de la baie de scène, rideau et frise d'avant-scène, draperies mobiles) et peintures décoratives (cadre de scène, loges d'avant-scène, garde-corps des balcons, plafond en fond de salle) sont refaits à l'identique et le plafond de la coupole est remis en état par la SA Edmond Petit (23 rue du Mail à Paris).