Cũng giống như nhiều công trình được xây dựng trong thời Hậu Cổ đại, nhà thờ San Vitale được biết đến nhờ sự đa dạng của những tranh khảm được trang trí bên trong nhà thờ. Tranh khảm ở đây được chia ra thành tranh khảm tường và tranh khảm nền. Khu vực trung tâm được bao quanh bởi hai lối đi quanh bàn thờ (ambulatory) chồng lên nhau. Lối trên chỉ dành cho phụ nữ đã kết hôn. Một loạt tranh khảm ở các cửa hình bán nguyệt nhỏ nằm trên đỉnh bao lơn (Triforium) thể hiện những hiến sinh trong Cựu ước: câu chuyện của Abraham và Melchizedek và sự hiến dâng Isaac, những câu chuyện về Moses và bụi gai cháy, Jeremiah và Isaiah, đại diện của mười hai chi tộc Israel và câu chuyện của Abel và Cain. Ở trên đỉnh của mỗi cửa số bán nguyệt này đều có hình vẽ một cặp thiên thần, tay cầm một huy chương với cây thánh giá. Trên bức tường phía các góc, cạnh thanh song cửa, có khảm vẽ hình Tứ Thánh Phúc Âm mặc áo trắng, đứng dưới những biểu tượng của họ (thiên thần, sư tử, bò và đại bàng). Đặc biệt, hình ảnh con sư tử đáng được để chú ý vì cách thể hiện sự hung hãn của nó.

• Hoàng đế Justinianus I và Giám mục Maximianô cùng đám cận thần
• Hoàng hậu Theodora cùng tuỳ tùng
• Hoàng hậu Theodora (chi tiết)
• Hoàng đế Justinianus (chi tiết)
• Cung nữ (chi tiết)
• Abel và Melchizedek
• Abraham hiến tế Isaac