La structure paléochrétienne de Sixte III a été encore modifiée à l'époque baroque.
Le long du déambulatoire se trouvent cinq fresques du XVIIe siècle qui racontent les exploits de Constantin.
Le récit commence avec l'Apparition de la Croix - en réalité le monogramme constantinien avec les initiales grecques du Christ - qui, selon la tradition, a eu lieu en octobre 312 dans la zone de Saxa Rubra (Grottarossa) le long de la Via Flaminia.
Elle se poursuit avec la bataille du Pont Milvius, qui se termine immédiatement après, le 28 octobre 312, au cours de laquelle Maxence, l'ennemi de Constantin, fut vaincu et tué.
On voit ensuite l'entrée à Rome du victorieux Constantin, pour le triomphe duquel le Sénat romain fit ériger l'arc de triomphe près du Colisée, où il est affirmé que l'empereur s'inspirait “de la divinité” – effaçant ainsi toute idée de polythéisme.
La quatrième fresque représente la démolition des idoles et l'exaltation de la Croix, en référence également aux fouilles d'Hélène, mère de l'empereur, la première “archéologue”, qui fit construire la basilique du Saint-Sépulcre à Jérusalem et apporta la terre de ces fouilles à Rome avec les reliques de la croix, afin que qui se rendait à la basilique de la Sainte-Croix puisse vivre un pèlerinage “romain” à Jérusalem.
La dernière fresque représente le Concile de Nicée, le premier concile œcuménique de 325, convoqué et présidé par Constantin lui-même, peut-être précisément parce qu'il était catéchumène. Dans le tableau, l'empereur fait brûler les accusations des Aryens contre la foi catholique et embrasse les blessures des martyrs.
En hauteur, on voit des « tondi » (tableaux de forme ronde) décorés de fresques avec des bustes de Constantin et du pape Urbain VIII, à côté des églises qu'il a restaurées à l'époque baroque : Saint Pierre au Vatican, Saint Paul sur la via Ostiense, Saint Laurent au Verano, Saints Pierre et Marcellin sur la via Merulana, Santa Croce à Jérusalem et le baptistère du Latran.
