El ábside actual está más atrás que el antiguo, ya que, en 1884, León XIII quiso que se ampliase el presbiterio. Según los discutibles criterios de intervención artística de la época, se rehízo el mosaico del s. XIII; la iconografía se mantuvo invariada, pero la dimensión artística quedó irremediablemente comprometida. El mosaico había sido encargado a Jacopo Torriti por el Papa Nicolás IV (1288-1292), el primer franciscano que fue elegido Papa. Para realizarlo, Torriti modificó el precedente mosaico del s. V.
El mosaico absidal presenta en lo alto el Rostro de Cristo -que, según la tradición, se apareció milagrosamente en la basílica-, y, debajo, la paloma del Espíritu Santo. Probablemente, en el mosaico más antiguo figuraba también la mano del Padre sobre el Rostro de Cristo, para componer la representación de la Trinidad.
Toda la misericordia de la Trinidad se revela en la cruz enjoyada situada debajo, que está como envuelta por luz que se convierte en agua. El en centro de la cruz hay un clípeo con el bautismo de Cristo: Jesús es el Hijo amado de Dios, y en el bautismo somos unidos a Él para convertirnos en hijos nosotros también.
En la base de la Cruz hay un monte paradisíaco del que brota agua que se divide en cuatro ríos, recuerdo de la fecundidad prometida en el Génesis y realizada en la Jerusalén celeste (Gen 2,10-14 y Ap 22,1). De sus aguas beben dos ciervos y muchas otras criaturas que reciben vida de la Trinidad revelada en la cruz. En definitiva, es toda la Iglesia, sacramento de la humanidad, la que bebe en la fuente de la vida.
La Iglesia está también representada por los muros enjoyados de la Jerusalén celeste, protegidos por el arcángel Miguel que está bajo la cruz. Los apóstoles Pedro y Pablo aparecen sobre sus torres doradas, mientras que en el centro se observa el ave fénix, símbolo medieval de inmortalidad.
A la izquierda de la cruz, la Virgen intercede por el Papa Nicolás IV, arrodillado, a quien sigue san Francisco -de dimensiones más reducidas- acompañado por los santos Pedro y Pablo. A la derecha, el Bautista, que completa la deesis, es seguido por san Antonio -también de tamaño reducido- y por los santos Juan Evangelista y Andrés.
Más abajo aparecen los otros nueve apóstoles y dos pequeñas figuras con hábito franciscano: son los retratos de dos frailes artistas, Jacopo Torriti, que realizó el mosaico, y Jacopo da Camerino, que le ayudó.
