殿内正中供奉着一尊半米高的释迎牟尼12岁时的等身紫金像，是文成公主于公元641年从长安带来的，所以它是寺内大大小小数以于计的佛像中最为珍贵的一尊。佛像原无佛冠，现戴的镶嵌有各种宝石的金制佛冠是藏传佛教格鲁派始祖宗喀巴所献。佛像的两侧有囚尊神态各异的塑像，据说是受文成公主之命护送佛像入藏的四力士。佛像前千百盏酥油灯高照，虔诚的善男信女向佛顶礼膜拜。释迎牟尼紫金像原供奉在拉萨小昭寺内，后来谣传唐朝要出兵取回佛像，遂藏于大昭寺密室，直到公元710年金成公主进藏，唐著和好，才将佛像供奉在主殿内。殿内二楼供有英姿飒爽的松赞干布像和仪态端庄的文成公主像。在殿堂及四周口廊间绘满各种壁画，内容多为佛典中的掌故和传说。其中的《文成公主进藏图》，讴歌了藏汉民族的深厚友谊，《大昭寺修建图》再现了当年施工的壮丽场景。这些画卷都具有重要的史料价值和艺术价值。大昭寺与布达拉宫和西藏其他许多寺庙一样，成为壁画艺术的室库。
大昭寺内的明代唐片也很存名。藏语“唐片”即卷轴画，用笔绘、刺绣、织锦等方法将各种题材绘在布或绢上。寺内珍藏的“第恰”（胜乐全刚）和“杰吉”（大威德）为藏传佛教格鲁派供奉的密宗三佛像中的两幅，其中另外一幅已下落不明。这两幅五百多年前的刺绣唐片，至今保存完好，色泽艳丽，是难得的艺术珍品。确认达赖为转世灵童的金钵巴瓶，也保存在六昭寺内，为清乾隆皇帝所赐，给大昭寺增添了文物价值。