Внутри Покровский собор - 4-х столпный, его своды опираются на мощные квадратные в плане столбы, между которыми были деревянные хоры для певчих. У правого столба напротив алтаря помещалось царское место. Первоначально церковь имела полы из дубового кирпича, слюдяные окна с железными решетками и обитыми красным и зеленым сукном подоконниками. Сорок окон глав были также слюдяные, их "станки и вставки липовые, писаны красками".
Главной доминантой внутреннего пространства Покровского собора являлся пятиярусный иконостас высотой 18 м (общая площадь 325 м2) – один из самых грандиозных в России. Изготовленный «Оружейной палаты столярного резного деревянного дела мастером Климом Михайловым со товарищи», иконостас Покровского собора в Измайлово, в отличие от многих иконостасов того времени, не имел пышной резьбы и позолоты. Тябла и колонки остались гладкими, но были посеребрены и расписаны цветным растительным орнаментом. В росписи иконостаса главенствовал уникальный мотив - виноградные гроздья и плоды груши, символизировавшие "райские дерева, травы и цветы".
Иконы иконостаса отличались грандиозными размерами (до 5 м в высоту) и выдающимся художественным качеством. Чтобы выполнить огромную работу в короткий срок были вызваны мастера из крупнейших иконописных центров – Москвы, Костромы и Ярославля. Это были лучшие иконописцы своего времени: москвичи Федор Зубов, Клим Макаров, Аника Аникеев «со товарищи», костромская артель Силы Савина, ярославская Василия Ананьина. Всего над иконами трудилось около 100 человек!
В 1979-1980 гг. собор был отреставрирован. В 1990-е - возвращен Русской Православной Церкви. Была поставлена задача воссоздания исторического облика иконостаса и других элементов оформления интерьера. Эти работы продолжаются уже почти десять лет. Главные организационные труды несут настоятель Измайловского собора протоиерей Владимир Бушуев, благотворительный фонд «Анастасиос» и его президент Ю.А. Гаранин.
На сегодняшний день построено тело иконостаса, повторяющее первоначальную конструкцию, ведутся работы по его позолоте и росписи. Авторами проекта иконостаса и его декоративного оформления являются архитекторы М.Домбровская, О.Неклюдова, искусствовед Н.Датиева. Позолотные и живописные работы осуществляет творческий коллектив под руководством художника Н.В.Нужного.

В 2001-2006 гг. Н.В.Нужным и его коллективом заново написаны все 109 икон иконостаса, точно воссоздающие сюжеты и стиль иконостаса 1678 г. Реконструкция программы иконостаса позволяет проникнуться его замыслом, несомненно, отражающим пожелания заказчиков – царствующего дома, а также исторические обстоятельства постройки храма в Измайлово. Покровский собор был возведен на месте деревянной церкви, построенной в память освобождения Москвы от осады поляков осенью 1618 г. в день праздника Покрова Пресвятой Богородицы. Летом 1619 г. в Москву вернулся из польского плена патриарх Филарет (Федор Никитич Романов) — отец царя Михаила Федоровича. В честь этого события один из приделов Покровской церкви, а впоследствии и Измайловского собора, был посвящен мученикам за христианскую веру, покровителям царя и патриарха — черниговскому князю Михаилу и его ближнему боярину Феодору, погибших в Золотой Орде (1245).
Поэтому выбор сюжетов икон, пышный, красочный убор иконостаса зримо воплотил идею о сакральном характере царской власти и Русского государства, осененных особым покровительством Небесных Сил. Русскую Церковь, воинскую доблесть, династию Романовых, преемницу Рюриковичей, прославляют иконы местного ряда: русские князья и митрополиты; «Собор Архистратига Михаила» - главы Небесного Воинства и покровителя основателя царствующего дома Михаила Федоровича; «Богоматерь Владимирская» - палладиум земли Русской, перемещение которой (Константинополь – Киев – Владимир – Москва) как бы отмечали переход центра государственного и церковного могущества.
Данная историческая традиция и связь получили достойное продолжение в наши дни - в грандиозных иконах (два на два метра), установленных на столпах собора. В этих иконах также возродилась древняя традиция ктиторских икон, выполненных для храма на средства благочестивых прихожан. В данном случае, заказчиком выступили кавалеры Ордена Святителя Николая Чудотворца, активно принимающие участие в возвращении собору в Измайлово былого благолепия.
Иконы были выполнены в мастерской Н.В.Нужного: 25 апреля 2006 г. был торжественно освящен образ Святителя Николая Мирликийского; 7 апреля 2007 г. освящена икона Святых великомучеников и воинов Георгия Победоносца, Димитрия Солунского, Феодора Стратилата, Феодора Тирона (юго-западный столп, северная и южная грани).
Свт. Николай, епископ Мир Ликийских (жил в III-IV вв.) стал у нас Николой Чудотворцем - самым чтимым и любимым по всей Руси, к которому обращались на суше и на воде как скорому помощнику во всякой беде, - в том числе, в армии и на флоте.Свв. Георгий Победоносец, Димитрий Солунский, Феодор Стратилат, Феодор Тирон – издревле прославленные Православной Церковью покровители воинства, олицетворяющие идеал доблести и стойкости, смиренно принявшие мучения и смерть за христианскую веру. Святой Георгий Победоносец (Змееборец) изображен на гербе Москвы.
Иконография святых восходит к древним памятникам византийского и русского искусства. Однако изысканная, красочная манера письма связана со стилем, культивировавшемся при дворе Московских государей в последние десятилетия XVII века. Изящество рисунка, праздничный, богатый колорит, обилие орнаментов и золота создают необыкновенно торжественную и радостную симфонию в красках, славящую святых. Иконы замечательно вписались в сакральное и художественное пространство собора.
Очередным вкладом в воссоздание убранства собора Покрова в Измайлово кавалеров Ордена Святителя Николая Чудотворца и кавалеров Императорского ордена св. Анны стала икона святых благоверных князей Андрея Боголюбского, Даниила Московского, Михаила Тверского, Димитрия Донского (также работы Н.В.Нужного). Икона освещена в 2008 году и установлена на юго-восточном столпе. Образы благочестивых, мужественных, мудрых правителей Земли Русской олицетворяет преемственность и тесный союз государственной власти и Православия от Киевской Руси к Великому княжеству Московскому. Икона продолжает прославление христианского служения Богу и Отечеству, которое обрело новую силу в современной России.
Мощным и звучным аккордом этой темы в Покровском соборе явился список чудотворной иконы Богоматерь Феодоровская, выполненный Н.В.Нужным. 2 февраля 2009 года икона была торжественно передана в Измайловский собор Главой Российского Императорского Дома Ее Императорским Высочеством Великой княгиней Марией Владимировной Романовой, принимающей деятельное участие в судьбе Измайловского острова.
Древний образ, написанный апостолом Лукой, стал святыней Костромской земли, особо почитаемой всей династией Романовых. Именно перед ликом Феодоровской инокиня Марфа благословила своего юного сына Михаила Федоровича на царский престол. В послепетровское время, принимавшим Православие иноверным невестам наследников русского престола, именно в ее честь давалось обычно отчество Феодоровна.
Воссоздание внутреннего убранства собора Покрова Пресвятой Богородицы в Измайлово относится к наиболее крупным проектам в сфере православного искусства России и во всей отечественной культуре в целом. Важно подчеркнуть, что оно стало возможным лишь благодаря бескорыстной помощи частных лиц и общественных организаций, представляющих экономическую и военную элиту нашей страны.
Не иначе, как промыслом Божиим можно объяснить возрождение связи ныне здравствующих потомков Царственных Страстотерпцев со своей исконной вотчиной и домовым храмом.
Возвращение семьи Романовых на Измайловский остров, ее участие в воссоздании исторических памятников, созданных предками, является зримым и символическим воплощением процесса окончательного возвращения России к своим историческим корням, подлинным актом национального примирения.
Воссоздание былого благолепия собора Покрова Пресвятой Богородицы в Измайлово продолжается по сей день.