La Cappella Maggiore o Cappella Tornabuoni si trova al centro della chiesa dietro l'altare maggiore. Il Crocifisso centrale è un'opera del Giambologna. Il coro conserva un'importantissimo ciclo di affreschi di Domenico Ghirlandaio, al quale probabilmente lavorò anche un giovanissimo Michelangelo Buonarroti, allora nella sua bottega. Sono rappresentati episodi della Vita della Vergine e San Giovanni, ambientati nella Firenze contemporanea e con numerosi ritratti dei committenti e di personalità fiorentine dell'epoca, caratteristica tipica del Ghirlandaio. Sul muro posteriore sono raffigurate le scene di San Domenico che brucia i libri eretici, Il martirio di San Pietro, L'annunciazione e San Giovanni nel deserto. Sugli spicchi della volta sono rappresentati gli Evangelisti. Le vetrate policrome furono eseguite nel 1492 da Alessandro Agolanti su disegno di Ghirlandaio.

La Cappella di Filippo Strozzi si trova a destra della cappella centrale e conserva uno straordinario ciclo di affreschi di Filippino Lippi, con le Vite degli apostoli San Filippo e San Giacomo (terminato nel 1502). Sul lato destro San Filippo scaccia il dragone dal tempio di Hierapolis e sulla lunetta La crocefissione di San Filippo; a sinistra San Giovanni resuscita Drusiana e in alto Il martirio di San Giovanni; nelle lunette della volta Adamo, Noè, Abramo e Giacobbe. Particolare importanza hanno le scene centrali degli affreschi, ambientate in delle fantasiose architetture classiche, nelle cui secen si combatte uno scontro fra cultura cristiana e paganesimo, un tema allora di scottante attualità in quanto era il periodo di governo del Savonarola. Dietro l'altare è presente la tomba di Filippo Strozzi, con una scultura di Benedetto da Maiano (1441).

In questa cappella Giovanni Boccaccio ambientò l'inizio del Decamerone, con i giovani fiorentini che qui si ritrovano e decidono di lasciare la città in vista dell'arrivo della Peste nera.

La Cappella Bardi è la seconda a destra e appartenne ad Alessandro Bardi dagli inizi del XV secolo. L'alto rilievo sul pilastro di destra ritrae San Gregorio che benedice Riccardo Bardi e risale a quel periodo. Gli affreschi sono invece antecedenti, del Trecento, attribuiti a Spinello Aretino. La Madonna del Rosaio sull'altare è di Giorgio Vasari (1568).

La Cappella Rucellai si trova in posizione rialzata in fondo al braccio destro del transetto e risale al Trecento. Sopra la tomba di Paolo Rucellai è conservata una statua maromerea di Madonna con bambino di Nino Pisano. Gli affreschi sono purtroppo molto danneggiati e rimangono solo dei frammenti attribuiti al Maestro della Santa Cecilia. Il pannello sul muro sinistro fu dipinto da Giuliano Bugiardini, mentre il monumento funebre in bronzo al centro del pavimento, fu realizzato da Lorenzo Ghiberti nel 1425.

A sinistra della cappella maggiore si trova la Cappella Gondi, disegnata da Giuliano da Sangallo (1503), dove è conservato il Crocifisso di Filippo Brunelleschi, l'unica scultura lignea conosciuta del grande architetto fiorentino. Secondo una storia riportata dal Vasari, il Brunelleschi lo avrebbe scolpito in risposta al Crocifisso di Donatello conservato in Santa Croce e da lui definito primitivo. Le volte contengono volte di affreschi fra i più antichi della chiesa, del Trecento attribuiti a maestranze greco-bizantine. La vetrata è recente e risale al secolo scorso.

In fondo al braccio sinistro del transetto, in posizione rialzata simmetricamente alla Cappella Rucellai, si trova la Cappella Strozzi di Mantova, per distiguerla da quella di Filippo Strozzi. Anche questa è coperta di affreschi pregevoli, che risalgono al 1350-57, fra le migliori opere di Nardo di Cione (fratello di Andrea Orcagna), e rappresentano i regni dei cieli strutturati secondo la Divina Commedia di Dante: sulla parete di fondo il Giudizio Universale, dove si trova anche un ritratto di Dante, a destra l'Inferno e a sinistra il Paradiso. Sull'altare maggiore Il Redentone con Madonna e santi dell'Orcagna. I due fratelli prepararono anche il cartone per la vetrata della cappella.

La Sagrestia si apre nella navata sinistra e inizialmente fu costruita verso il 1380 come Cappella dell'Annunciazione. Conserva un Crocifisso con Madonna e San Giovanni Evangelista opera giovanile di grandi dimensioni di Giotto (anteriore al 1312). qui si trova anche una fonte in marmo e terracotta invetriata di Giovanni della Robbia (1498). Gli armadi con sportelli furono disegnati da Bernardo Buontalenti nel 1593, mentre i dipinti appesi alle pareti sono opere di Giorgio Vasari e di altri pittori manieristi. La grande vetrata gotica fu realizzata nel 1386 su disegno di Niccolò di Pietro Gerini.