A prima vista, l'interno della chiesa di San Francesco della Vigna presenta un'architettura semplice dove tutto sembra convergere verso l'altare maggiore, che domina tra il presbiterio e il coro.

L'altare maggiore si eleva maestoso su cinque gradini. Si presenta con un arco trionfale sorretto da otto colonne scanalate con capitelli corinzi. Al centro del frontespizio, in legno policromo, è rappresentato il Padre eterno benedicente, mentre ai lati l'annuciazione dell'angelo Gabriele (sinistra) alla Vergine Maria (destra).

L'altare è della seconda metà del XVI secolo eseguito dai lapicidi Antonio fu Cristoforo da Bisson e Simone Sorella, su disegno attribuito a Girolamo Campana (1552-1626). La parte superiore dell'altare è di autore ignoto. Nel 1649 Baldassare Longhena (1552-1626) ornò la mensa di marmi finissimi di stile barocco e alle otto colonne corinzie vi sovrappose un frontespizio in stile barocco. Tra le colonne dell'altare vennero collocate le statue di S. Francesco e di S. Antonio (spostate a destra e sinistra dell'altare nel 1864).

Addossati alle pareti ci sono due monumenti sepolcrali, quello di sinistra dedicato al doge Andrea Gritti, e quello di destra al suo avo e precettore Triadano. I due monumenti, di identica fattura, sono stati attribuiti al Sansovino, al Palladio e allo Scamozzi.

All'inizio del presbiterio, sul lato sinistro, si trova anche l'elegante immagine gotica della  Madonna dell'Umiltà  opera di autore ignoto della fine del XIV secolo. La tavola, di particolare bellezza, proviene dalla Congregazione di  S. Maria dell'Umiltà della chiesa della Celestia .

Sotto l'icona si trova la tomba sepolcrale del Beato Matteo da Bascio, uno dei grandi riformatori dell'Ordine Francescano e co-fondatore dell'Ordine dei Frati Minori Cappuccini. Morto il 5 agosto 1552 a San Moisé e sepolto dapprima nel coro della chiesa, venne successivamente posto nella collocazione attuale per decreto del Nunzio Apostolico Lodovico Bacatello, perché l'afflusso dei devoti impediva ai religiosi la recita del divino ufficio.

Il coro faceva parte della primitiva chiesa e venne sottoposto a impegnativi restauri di consolidamento nel 1724 e nel 1905. Gli stalli e i cornicioni del coro vennero eseguiti nel 1710, mentre le spalliere furono realizzate ad intarsio da Gian Marcantonio Canozio da Lendinara e facevano parte del vecchio coro del XVI secolo.

L'organo settecentesco è opera del francescano Pietro Nacchini che fu un attivo costruttore di eccellenti organi in Italia e in Dalmazia.

Sopra gli stalli del coro vi si trovano numerosi quadri. Sul lato sinistro: a) San Francesco che intercede per un'inferma (1620 circa), di Pietro Mera; b) Cristo benedice Venezia, di Palma il Giovane (post. al 1604); c) Immacolata, di Giorgio Lazzarini (1710-1714); d) San Pietro d'Alcantara che comunica Santa Teresa d'Avila, di Umile da Foligno (sec. XVII); e) La Vergine col Bambino esaudisce le preghiere dei Santi Francesco  e Domenico per aver liberato Venezia dalla peste, di Domenico Tintoretto (1631).

Sul lato destro del coro: a) La Vergine supplica Cristo di liberare Venezia dalla peste, di Domenico Tintoretto (1631); b) San Pietro d'Alcantara attraversa miracolosamente un fiume, di Umile da Foligno (sec XVII); c) Santissima Trinità, di Francesco Maggiotto (fine XVIII sec.); d) Cena a casa del Fariseo, di Andrea Michieli, detto il Vicentino (inizio XVII sec); e) La Vergine che porge il Bambino a San Francesco, di Palma il Giovane (inizio XVII sec.)