Зодчие, создавшие дворец, стремились достичь эффекта нарастающего воздействия архитектурного оформления: сначала строгая и величественная колоннада Перистиля, затем парадный Вестибюль, и только после этого посетитель попадал в чрезвычайно богато отделанные приемные залы. Первый из них, центральный зал всего дворца, расположенный на одной оси с Перистилем и Вестибюлем и выходящий своей торцовой частью к «променаду» южной стены, был самым большим — его длина превышала 30 метров. По предположению ученых, он был перекрыт коробовым сводом, украшенным кессонами. Внутреннее убранство покоев Диоклетиана отличалось невероятной роскошью. Стены залов были облицованы мрамором различных цветов. Мозаичные полы поражали затейливым узором. В интерьере — обилие дорогих редких тканей, скульптуры, ваз. Многое было привезено из восточных стран после удачных походов или взято из греческих храмов и дворцов. Естественно предположить, что главный приемный зал отличался особым великолепием отделки, но, к сожалению, от этого ничего не осталось.
Значительная часть покоев императора была разрушена или перестроена в последующие века. Прекрасно сохранился лишь цокольный этаж (обычно условно называемый подвальным), только недавно открытый для осмотра. Колоссальные реставрационные работы, проводимые здесь в течение последних десятилетий, раскрыли большую часть помещений III века н. э. с могучими купольными, крестовокупольными и коробовыми сводами, которые покоятся на мощных стенах или столпах, сложенных из огромных каменных блоков.
Эти помещения в плане своем точно соответствуют залам верхнего этажа и, таким образом, помогают представить расположение апартаментов Диоклетиана. В настоящее время раскрыты большой центральный зал базиликального типа и целый ряд других круглых, восьмиугольных или прямоугольных, большой крестообразный в плане зал под Вестибюлем, узкие коридоры, помещения терм.
Доминантой всего дворцового ансамбля являлся Мавзолей Диоклетиана, который расположен у самого Перистиля. В свое время он возвышался над всем комплексом построек дворца, сейчас он кажется более низким и приземистым из-за соседства стройной колокольни, возведенной значительно позже, в средние века.
Мавзолей — одна из центрических усыпальниц, которые в большом числе создавались в период Римской империи. Это высокое восьмиугольное в плане сооружение, завершенное восьмигранной черепичной крышей, стоит на высоком основании — подиуме. Стены его почти глухие, их суровость смягчает колоннада, необыкновенно легкая по пропорциям, поставленная на край подиума и охватившая кольцом Мавзолей. Колонны небольшие- их высота достигает лишь 6 метров (тогда как высота всего здания более 20 метров). Выполненные из темного мрамора, они прекрасно гармонируют со стенами мавзолея, выложенными из брачского камня, слегка изменившего от времени свой цвет. В настоящее время открытая галерея между колоннами и стеной используется для экспонирования античных и средневековых саркофагов.
Внутри Мавзолей представляет собой большой круглый в плане зал с купольным перекрытием. Высота зала — 21,5 метра, диаметр купола -13,5 метра. Полусфера купола, опираясь на двухъярусную пристенную колоннаду коринфского ордера, как бы парит над залом. В каждом ярусе по восемь колонн. В стенах первого яруса между стройными девятиметровыми колоннами из розового гранита расположены круглые и прямоугольные ниши, зрительно увеличивающие объем зала. Второй ярус составляют пятиметровые колонны из красного порфира. Оба яруса завершаются сильно профилированными, с большими выступами над капителями колонн, карнизами.
Купол Мавзолея выложен из кирпича, а не из бетона, что было новшеством в технике античного строительства. Его некогда украшала мозаика. Мерцавшая в полутьме Мавзолея, она придавала таинственность погребальному залу.
Особого внимания заслуживает протянувшийся по кругу стены под верхним карнизом рельефный фриз с изображениями эпизодов охоты Эрота. Полные динамики сцены охоты чередуются со статичными фигурками амуров и разнообразными масками. Во фриз включены и медальоны с изображениями, как предполагают ученые, Диоклетиана и его жены Приски, а также Гермеса в крылатой шапочке, по преданию, провожавшего души умерших в подземное царство Аида.
Внутреннее пространство Мавзолея необычайно обширно. Свет, сильным потоком проникающий лишь через входную дверь и небольшое окно над ней, эффектно освещает интерьер. Четко и необычайно контрастно выделяются объемы колонн, выступы карнизов на фоне гладких стен. Интерьер Мавзолея поражает грандиозностью размеров, монументальностью форм, благородством цветового сочетания различных пород камня.