Gli interni del corpo principale della villa (che ospitava gli appartamenti dell'arciduca), sono tutti impostati, in pianta, sulla figura modulare del quadrato e si presentano nel complesso piuttosto uniformi, eccezion fatta per l'atrio ottagonale, in cui evidente appare l'influsso del Vanvitelli, con pavimenti in marmi a disegno geometrico e decorazioni a stucco delle volte (opera dell'architetto Luigi Tarantola del 1884).
- Foyer: lo splendido ed imponente foyer, noto anche con il nome "Atrio degli Staffieri" è un ambiente ottagonale caratterizzato dalla presenza di imponenti colonne in marmo e dalla grande lanterna del soffitto.
- Salone delle feste, l'atrio medesimo costituisce il vestibolo alla grande sala da ballo a doppia altezza, di cui il Piermarini stesso disegnò gli elementi decorativi, ed introdusse nei lati brevi dell'ordine superiore un'esedra dipinta nel tentativo di aumentare illusionisticamente lo spazio; affrescato con 18 pannelli con figure allegoriche e giochi di bimbi, ad opera di Levati e Traballesi, collaboratori del Piermarini. Questo salone è fulcro delle visuali prospettiche verso Milano e verso i giardini; è stato usato come salone di rappresentanza, delle feste riservato ai grandi balli e ai fastosi ricevimenti.
- Sala degli Arazzi o sala dei Corazzieri: destinata un tempo a stanza di conversazione o a “Sala del telefono”, è diventata spazio “di rappresentanza” per gli ospiti. Gli arazzi che le danno il nome sono conservati al Quirinale.
- Sala del Trono o di ricevimento: era chiamata nel passato Sala Grande di Conversazione, anche questa con un carattere di accoglienza e rappresentanza; custodiva il Trono detto “di Napoleone”. Un meraviglioso lampadario la caratterizza, rendendola un unicum nel contesto delle Sale di Rappresentanza.
- Sala degli Uccelli è un perfetto esempio della moda tutta europea dell’esotismo, penetrata attraverso la diffusione di motivi orientali dalle varie Esposizioni Universali ed esaltata da una certa pittura del periodo; è caratterizzata da splendide decorazioni del soffitto nei toni del verde e dell’avorio.
- Sala da pranzo è la seconda sala più grande tra gli spazi di Rappresentanza della Villa, elegante e raffinata, con tre lampadari in cristallo, specchi e doppia vista sul Parco e i Giardini Reali. Nei secoli passati in questa sala si sono svolti banchetti di Stato e grandi ricevimenti, fra i quali il pranzo in occasione della visita di Guglielmo II, Imperatore di Germania, ai regnanti di Casa Savoia, svoltosi nel 1889.
- Sala da pranzo di famiglia è un ambiente intimo, con riferimenti agli antenati di Casa Savoia del XVII e XVIII secolo.
Al secondo piano nobile si accede attraverso una grande scala.
Gli interni si accordano al principio di razionalità e semplicità che caratterizza l'intero progetto. In particolare appare curata la loro funzionalità: i corridoi ad esempio sono tagliati in modo da servire indipendentemente varie sale adibite ad usi diversi.
Le molte sale luminose e ariose, sono decorate sovente da stucchi ed affreschi, dovuti, soprattutto nei salottini, all'Albertolli. Tra le sale di maggior pregio, ricordiamo: la sala giapponese, il salone da pranzo, il salone della musica, la biblioteca della regina, l'armeria reale ed ancora una piccola sala del trono.
Dal 1777 al 1900 le sale della Villa, nelle decorazioni e negli arredi, videro l’avvicendamento di gusti e stili culturali diversi: dalla rigorosa linearità del Neoclassicismo al gusto floreale del periodo Umbertino.