Die Kirche ist dem Schema einer frühchristlichenBasilika entsprechend angelegt. Das Langhaus ist dreischiffig und in neun Joche gegliedert. Zwei Säulenreihen mit ionischen Kapitellen tragen das mit Kassetten verzierte und von Oberlichtern durchbrochene Tonnengewölbe des Hauptschiffs und grenzen es von den beiden Seitenschiffen ab. Letztere sind mit flachen Kassettendecken gedeckt. Der Chor ist halbrund geschlossen und von einer Halbkuppel mit Oberlicht überwölbt. Eine Grisaillemalerei von Alexandre-Denis Abel de Pujol (1787–1861) mit der Darstellung des hl. Dionysius, der in Gallien predigt, bedeckt fast die gesamte Apsiswand. Von Abel de Pujol stammt auch das Deckengemälde, das Gottvater, Jesus und Maria gewidmet ist.
Die Kirche besitzt zwei Orgeln aus dem 19. Jahrhundert:
Die Hauptorgel ist ein Werk des Orgelbauers Louis Callinet aus dem Jahr 1839. Sie wurde 1866 von Aristide Cavaillé-Coll erweitert und 1870 von Joseph Gutschenritter (1970) restauriert. Das Instrument hat 38 Register auf drei Manualen und Pedal. Die Trakturen sind elektrisch.[1]
Die Chororgel wurde 1867 von Aristide Cavaillé-Coll erbaut. Das Instrument hat 12 Register auf zwei Manualen und Pedal. Die Trakturen sind mechanisch.[2]
Georges Brunel, Marie-Laure Deschamps-Bourgeon, Yves Gagneux: Dictionnaire des Églises de Paris. Éditions Hervas, Paris 2000 (1. Auflage 1995), ISBN 2-903118-77-9, S. 217.
Jean Colson/Marie-Christine Lauroa (Hrsg.): Dictionnaire des Monuments de Paris, Paris 2003 (1. Auflage 1992), ISBN 2-84334-001-2, S. 662–663.
Aline Dumoulin, Alexandra Ardisson, Jérôme Maingard, Murielle Antonello: Paris D'Église en Église. Éditions Massin, Paris 2008, ISBN 978-2-7072-0583-4, S. 52–54.
