Se accede al interior a través de un pórtico con bóveda de arista y dos ochavos sobre el cual existe un pequeño coro. La capilla mayor tiene planta rectangular, y sobre ella hay una bóveda de crucería rebajada. En el cuerpo central, cuatro enormes pilastras estriadas que sostienen la ancha cornisa denticular partida sobre la que descansa una cúpula de media naranja.
Dicha cúpula, en la que se abren cuatro ventanales, incorpora alternadamente decoración de rocalla y casetones en los doce nervios que la sustentan. La cúpula culmina en una linterna de ocho óculos que sobresale al exterior.
En el interior destaca su retablo mayor cuyo diseño data de 1789. Aunque hay documentos y bocetos que documentan que en esa fecha -varios años antes de finalizar la construcción- ya se había estudiado la elaboración de un retablo acorde con las características del nuevo templo, la construcción del mismo no sería llevada a cabo hasta varios años después de finalizada la obra civil, concretamente hasta 1814, año en el que se finaliza toda obra referente al retablo. Cuando se inaugura el templo en 1794, se instala en él un pequeño altar (probablemente el mismo que en 1757 había realizado Gaspar de Canle para la Capilla de la Virgen del Camino).
El retablo actual, de estilo también neoclásico y cuyos primeros bocetos datan del año 1789 como ya hemos mencionado, fue diseñado por arquitecto académico Melchor de Prado. La realización del mismo no fue, sin embargo, encargada a dicho académico, y sí a su hermano menor, Manuel Francisco de Prado y Mariño, quien siguió fielmente los planos originales. La realización del retablo costó 23.000 reales, y sería finalizado posteriormente por Juan Pernas Gambino -quien realizó algunos de los elementos escultóricos-, y por Manuel García, responsable de la policromía y los dorados.
Desarrollado en altura, el retablo es de un único cuerpo, y está situado entre dos pares de altas y lisas columnas corintias dispuestas en distinto nivel. Ante las mismas se sitúan dos mórbidos ángeles pintados de blanco portando bastones de peregrino con una pequeña calabaza dorada. Está rematado por un gran medallón abovedado policromado en tonos fríos que representa una de las Peregrinaciones incluidas en la novena de la Virgen, la Huida a Egipto. Bajo dicho medallón está el camarín de La Virgen, Nuestra Señora del Refugio, la Divina Peregrina.
Pocos vestigios quedan de otros retablos que hasta 1964 -fecha en la que fueron definitivamente eliminados-, existían en los laterales del templo. En el inventario de 1837 consta la existencia de un altar dedicado a San Rafael, del cual aún se conserva la talla de madera policromada que hoy aún se encuentra en la sacristía. El otro estaba dedicado a Nuestra Sª de los Afligidos. En fecha desconocida ambos retablos serían sustituidos por otros dos, como lo refleja el inventario de 1835-1836, uno dedicado a la Virgen del Carmen y el otro a San José.
La primera imagen de la Virgen data de 1776, y fue realizada según el modelo iconográfico aportado por Bernardo José de Mier a partir de una estampa bordada. En dicha estampa se reproducía una imagen de la Virgen Peregrina que por aquel entonces era venerada en Sahagún de Campos (León), y que había sido realizada por la escultora Doña Luisa Roldán, razón por la que dicha imagen era conocida también como «La Roldana». Esta imagen fue donada por unos mercaderes sevillanos en 1688, y se le dio el título de Nuestra Señora del Refugio, La Divina Peregrina, por enaltecer a María a través de las peregrinaciones y viajes que hizo en su vida.
El autor de esta primera imagen fue el pontevedrés José de Torres, siendo pintada -juntamente con el báculo y la estampa del estandarte-, por Miguel Godoy. Consta que el coste de esta primera Virgen vestidera, a semejanza de la venerada en Sahagún, fue de 1.455 reales, siendo tallada posteriormente la imagen del Niño por José Pernas Gambino en 1814 para sustituir a la inicial, muy probablemente debido a su estado de deterioro.
El 10 de febrero de 1867 la Junta de la Cofradía acuerda con urgencia renovar la cabeza y las manos de la imagen de la Virgen ante el estado de deterioro que presentan. Proponen el trabajo al por entonces mejor escultor gallego de la época, Juan Sanmartín de la Serna, quien en carta del 19 de febrero declina el encargo por la gran cantidad de trabajos que tenía, y por la cual le sería del todo imposible acabarlo en el plazo de tiempo que la Congragación requería. Recomendó además que en vez de ser realizadas partes nuevas para el actual busto, sería mucho mejor esculpir una nueva figura para que ésta resultase armoniosa y acorde con las condiciones artísticas que toda obra de arte y religiosa debería tener para ser merecedora de esa digna ciudad y del culto que en ella se le tributaba.
Ante la imposibilidad de que Sanmartín aceptase el encargo, el cofrade Sr. Buceta plantea proponer el trabajo al escultor catalán Luis Vermell y así aprovechar la estancia del mismo en la ciudad de Pontevedra. Este escultor y tallista barcelonés, que era discípulo del Estudio d’Art de Sant Cugat y de la Academia de Roma, residiría finalmente en Portugal después de trabajar en Pontevedra.
En sesión del 18 de marzo la Junta comunica que el escultor Luis Vermell había aceptado el trabajo de rehacer las partes deterioradas de la actual imagen, pero que, al igual que lo había hecho Sanmartín, recomendaba hacer de nuevo la totalidad de la imagen, lo que finalmente fue aceptado por la Congregación.
El 7 de mayo de 1867 estaba finalizada la talla, trabajo por el cual Luis Vermell recibiría 1.280 reales. De inmediato se solicitó presupuesto para el policromado de la misma en Santiago al artista y pintor Vilarelle, el cual recibió 320 reales por el trabajo realizado, y fue entregada a la Congregación el 9 de julio de 1867.
La imagen de esta Virgen vestidera que aún hoy podemos venerar y admirar en la Capilla es una bellísima y delicada talla de madera con ropajes de Peregrina, vestida de esclavina y manto bordados en hilo noble con adornos de vieiras, según los cánones de la moda estilo Luis XV que imperaban en la época. De rostro ovalado e idealizadas facciones, ojos de cristal y peluca de pelo natural, porta en su brazo izquierdo la imagen del Niño -también vestido de peregrino-, que fue realizada en 1814 por Juan Pernas Gambino, y en la mano derecha el báculo con la calabaza.
Tradicionalmente se afirma que la primera imagen de la Virgen Peregrina esculpida por José de Torres fue donada por la Cofradía a la parroquia de Santiago de Estás (Tomiño-Pontevedra), donde hoy se le tributa un culto muy similar al de Pontevedra, pero hasta la fecha no ha podido ser confirmada documentalmente dicha donación.
Existiría además una tercera imagen -hoy en paradero desconocido-, de pequeño tamaño destinada a las visitas a domicilio a los enfermos de la Cofradía. Fue encargada por la Congregación en 1781 y tallada por Miguel de Canle, probablemente hijo de Gaspar de Canle, el autor del primer altar de la Virgen.
En la entrada del templo hay una original pila de agua bendita hecha con una concha de bivalvo gigante que el Almirante D. Casto Méndez Núñez envió desde el Pacífico en agradecimiento por su reciente victoria en la batalla de Mindanao (Filipinas) en 1861. Este ilustre marino pontevedrés capitaneó posteriormente en 1866 la escuadra que atacó los puertos de Valparaíso y de El Callao (Chile), donde resulto herido y, a consecuencia de dichas heridas, falleció más tarde en Vigo en el año 1869.
