L’interno del palazzo si caratterizza per la ricca decorazione murale, con dipinti che vanno dal XVI al XVIII secolo. Al pianterreno si conservano ancora i dipinti di Cesare Baglioni eseguiti ad inizio Seicento. Salendo lo scalone che conduce al primo piano, si raggiunge la Sala degli uccelli, decorata da Benigno Bossi nel XVIII secolo, con immagini di centinaia di uccelli sia dipinti sia in altorilievo a stucco. Gli ambienti successivi sono i più antichi del palazzo, dipinte dal bolognese Girolamo Mirola (1540-1570) con la collaborazione del bolognese Jacopo Zanguidi detto il Bertoja (1544-1474).  La prima è la Sala di Alcina o dell’Ariosto, ispirata all’Orlando Furioso, e in cui sono rappresentata la maga Alcina ed il suo amore per Ruggiero, con la liberazione di quest’ultimo da parte di Bradamante, innamorata da lui. La sala successiva, nota come Sala dell’aetas felicior,  prende il nome dal quadro al centro della sala, sulla cui cornice campeggia l’iscrizione aetas felicior. Sulle pareti, è rappresentato il mito di Venere e Amore. Chiude il ciclo delle sale cinquecentesche la Sala di Orfeo.
La Sala di Erminia, affrescata da Alessandro Tiarina nel 1628, con la scena di Erminia e Tancredi morente, tratto dall’altro grande poema epico del Cinquecento, La Gerusalemme liberata di Torquato Tasso. La Sala dell’amore fu decorata da Agostino Carracci prima e, alla morte di lui, proseguita da Carlo Cignani. Vi sono rappresentate scene mitologiche, con l’Amore celeste tra Venere e Marte e l’amore terreno tra Teti e Peleo, eseguite dal Carracci, e Il trionfo di Venere, il rapimento di Europa, Bacco e Arianna e infine Amore e Pan.
Conclude la Sala delle leggende, dipinte tra il 1604 e il 1609 da Gian Battista Trotti dello il Malosso, con altre scene mitologiche: Giove e Venere incoronano Bacco; Il sacrificio di Alcesti; Circe e Ulisse, oltre a due affreschi del fiammingo Jan Sons.