教堂的另外一个重点是彩色玻璃，在教堂内的彩色玻璃都非常特别，用玻璃制作图像台凸显出圣经里的人物或是故事，如为基督教徒会被这里的彩色玻璃所吸引，在教堂内部总共有56个玻璃窗，31个圆形的玫瑰图案以及25个彩色幅彩色玻璃窗的精美图案，但是在这56个玻璃窗只有4个是最完整无瑕的，其它的玻璃窗都是在1949-1951由当地主教的居民进行一些整修，而这些彩色玻璃窗都是由法国沙特尔省的LorinFirm所制造。

在西方建筑当中，特别是教堂，彩绘玻璃是最为常见的，这也是艺术的精华所在。因此人们在参观欧洲和北美的教堂的时候，都会被彩绘玻璃的美和丰富多彩的故事所吃惊与着迷，巴黎圣母院、圣礼拜堂、沙特尔大教堂、科隆大教堂……让人神往！
早在百年之前，土山湾孤儿院就开始了彩绘玻璃的制作和生产。由于彩绘玻璃的制作涉及到绘画技巧，因此花玻璃工场附设于图画馆。根据《徐汇纪略》的介绍：“近日新添彩绘玻璃，将人物鸟兽彩画于玻璃上，后置炉中煨炙，彩色深入玻璃内，永久不退，中国彩绘玻璃，此为 出品处。”可见，土山湾是国内彩绘玻璃制作和生产的鼻祖，产品主要供应全国各地的教堂。随着年代的更替，上海教区现有的圣堂中，除了洋泾浜天主堂保留有一部分的彩绘玻璃原物之外，其它所有的教堂都是通过翻修的机会复原或是新添了新彩绘玻璃。而洋泾浜天主堂的彩绘玻璃完全是舶来品，当时的土山湾还没有制作和生产彩绘玻璃的技术。
除了教堂当中的彩绘玻璃，其中建筑里的雕塑作品也是非常的多，几乎是作为建筑的一部分出现，教堂中的大量雕像自然也是哥特雕塑的最著名的代表作之一，这座大教堂也是饱经风霜，经历过无数次的战争，一直存在于乱世之外