Wnętrza pałacu są znakomitym i wyjątkowo dobrze zachowanym przykładem architektury epoki Wazów. Układ wnętrz, podobnie jak kompozycja elewacji, ma charakter osiowy. Reprezentacyjne pomieszczenia znajdują się na piętrze, posiadającym charakter typowego dla baroku „piano nobile”.
Pierwsza z dwóch wielkich sal umieszczonych na głównej osi pałacu to Sień, nazywana też Salą Rycerską. Za nią, od strony ogrodu, znajduje się Wielka Izba Stołowa, nazywana też Salą Portretową. Przykryto ją bogato polichromowanym modrzewiowym stropem (z roku 1640). Pod stropem ściany pokrywa fryz złożony z 35 portretów krakowskich biskupów, poprzedników Zadzika. W dolnej części fryzu portrety następców Zadzika, domalowane w wieku XIX. Na ścianie zachodniej, nad oknami po środku Orzeł Biały z wazowskim Snopkiem na piersi, portrety Zygmunta III i Władysława IV ale także konterfekt fundatora pałacu, biskupa Jakuba Zadzika oraz Trzy Korony (herb krakowskiej kapituły) i Korab (herb Zadzika).
Z Salą Portretową sąsiadują tak zwane apartamenty biskupie i pokoje Senatorskie. W pomieszczeniach tych najcenniejszym elementem są plafony, powstałe w warsztacie Tomasza Dolabelli. Każdy z plafonów zawiera jedno malowidło centralne i cztery niewielkie obrazy narożnikowe. W pierwszym pokoju senatorskim, w polu głównym przedstawiono Władysława IV przyjmującego w obozie pod Kwidzyniem szwedzkich posłów; w narożnikach sceny z walk i rokowań polsko-szwedzkich. W drugim pokoju senatorskim plafon obrazuje pożar Moskwy, obleganej w 1612 roku przez wojska polskie. Umieszczony w apartamencie biskupim plafon przedstawia scenę sądu sejmowego nad arianami (z roku 1638). W scenie tej sportretowano przewodniczącego obradom Władysława IV, hetmana Koniecpolskiego a także i biskupa Zadzika. Ten ostatni w sądzie udziału wprawdzie osobiście nie brał, ale niewątpliwie należał do inspiratorów tego wydarzenia.
W roku 1789 dobra biskupów krakowskich, w tym także pałac, zostały upaństwowione. Aż do roku 1971 pałac wykorzystywany był na siedzibę różnego rodzaju władz. Podczas remontu w latach 60. XIX stulecia carskie władze zeszpeciły go, likwidując strzeliste, barokowe hełmy wież i zastępując je przysadzistymi, ostrosłupowymi daszkami. Rosjanom nie chodziło tu wcale o względy estetyczne. Denerwowało ich, że górujące nad ówczesnymi Kielcami wieże przypominały Polakom dawniejsze czasy, potęgując niechęć do zaborców i pragnienie pozbycia się ich – a dominantę panoramy stanowić miała wybudowana wtedy w pobliżu katedry prawosławna cerkiew. Hełmy powróciły na pałacowe wieże dopiero wraz z powrotem niepodległości. Wtedy także – dokładniej: w latach trzydziestych, w pomieszczeniach południowej części parteru pałacu urządzono mauzoleum Marszałka Józefa Piłsudskiego.
Dziś w kieleckim pałacu mieści się Muzeum Narodowe. Zgromadzono tu wiele bardzo cennych eksponatów, rozmieszczając je zgodnie z zachowanymi starymi opisami pałacowych wnętrz.