Внутреннее убранство и святыни. В окт. 1846 г. прихожане заново отстроенной Богоявленской церкви обратились в Святейший Синод за разрешением «украсить внутренность новосооруженного храма священными изображениями греко-фряжского стиля». К 1853 г. был сооружен 18-метровый многоярусный иконостас, 65 образов для него были написаны в традициях академической школы. В 1895 г. завершилась внутренняя отделка церкви, стены были украшены лепниной и живописью. В 1912 г. артель живописцев из мастерской придворного иконописца и реставратора В. П. Гурьянова при участии худож. А. Е. Куликова заново расписала трапезную, позолотчик В. Р. Чубаров отделал иконостас Никольского придела. Накануне празднования 800-летия основания Москвы в соборе была проведена реставрация живописи главного купола с изображением «Св. Троицы Новозаветной» и образами рус. святых. Бригаду реставраторов-живописцев возглавлял выпускник МДС худож. П. А. Голубцов (в монашестве Сергий; впосл. архиеп. Новгородский и Старорусский), к-рый в 1954 г., уже в сане архимандрита, был помощником главного художника храма по реставрации его настенной живописи. Начиная с 70-х гг. XX в. работы по реставрации интерьера храма ведутся непрерывно: расширена солея, реконструированы сев. и юж. балконы и выстроен центральный балкон для размещения хоров, промыта и тонирована настенная живопись, в 1987–1988 гг. отреставрирован главный иконостас.
К передаче мощей святителя Алексия в 1947 г. на одном из оборонных предприятий Москвы для Богоявленского собора была изготовлена рака из бронзового сплава по эскизу М. Е. Губонина. На внутренней стороне крышки раки помещено шитое изображение святителя. В июле следующего года над ракой установили резную деревянную сень, исполненную также по эскизу Губонина мастерами-резчиками по дереву братьями Ворносковыми. В Никольском приделе храма в 1949 г. по проекту акад. А. В. Щусева было сооружено беломраморное, украшенное бронзовыми деталями надгробие над могилой Патриарха Сергия. Эта работа явилась последним произведением маститого зодчего. У надгробия в стеклянном футляре хранится куколь Патриарха Сергия.
У северной стены храма, под Распятием XIX в., находится металлическая рака с частицей Древа Животворящего Креста Господня, десницей ап. Андрея Первозванного, главой свт. Иоанна Златоуста, частицами мощей свт. Николая Чудотворца и митр. св. Петра. С 1731 г. в храме пребывает особо почитаемый образ Богоматери «Всех скорбящих Радость». В 1894 г. в течение 2 месяцев в Елоховской церкви находилась привезенная из афонского Ильинского скита его настоятелем архимандритом Гавриилом икона Божией Матери «Млекопитательница». «В дар и благословение» Богоявленскому храму архим. Гавриил оставил список с иконы афонской работы кон. XIX в., к-рый хранится в соборе. Многие из почитаемых храмовых икон издавна принадлежали Богоявленской ц.: свт. Николая Чудотворца с житием 1-й трети XIX в. (средник — список с иконы XI в.), Благовещения Пресв. Богородице нач. XIX в. в серебряном киоте 1813 г. и др.
На рубеже 1945–1946 гг. в местный ряд иконостаса главного алтаря, слева от царских врат, была помещена икона XVII в.— список с чудотворного Казанского образа Божией Матери, находившийся прежде в Казанском соборе на Красной пл. После закрытия Казанского собора в 1930 г. его община перешла в ц. свт. Николая в Хлынове, перенеся туда и чудотворный образ; после разрушения в 1936 г. Николо-Хлыновской церкви икона оказалась в Богоявленском Дорогомиловском соборе, затем попала в Елоховский храм. Рамой для чудотворного образа служит икона «Похвала Богородицы» с фрагментами старого серебряного оклада. Среди икон, к-рые поступили в храм из московских церквей, закрытых в 20–30-х гг. XX в., Богоматерь «Избавительница» и вмч. Пантелеимон афонского письма (1893 г.), происходящие из ц. Покрова в Филях, а также житийный образ вмц. Ирины (XIX в.) из Троице-Ирининского храма в с. Покровском. В соборе особо почитаются иконы Божией Матери «Взыскание погибших», Тихвинская (обе — XIX в.), образ прп. Серафима Саровского с частицами камня, на к-ром молился преподобный, и частицей его одежд (XX в.). На 5-й неделе Великого поста, в пятницу вечером, на акафист в честь Похвалы Пресв. Богородицы, в собор по благословению Святейшего Патриарха Алексия II приносят икону Божией Матери «Умиление» — келейный образ преподобного Серафима Саровского.
В 1897 г. на средства прихожан были созданы вызолоченные хоругви с эмалевыми украшениями в память коронования императора святого Николая II и императрицы святой Александры Феодоровны. На одной из них помещены иконы святых, тезоименитых членам царской семьи, на др.— иконы Богоявления Господня и свт. Феодосия Черниговского. Обе хоругви ныне укреплены на сев. и юж. стенах центрального нефа. В ризнице собора имеются драгоценные литургические предметы: напрестольные кресты XVIII — нач. ХХ в., потиры (в т. ч. изготовленный на имп. стекольном заводе в С.-Петербурге в кон. XVIII — нач. XIX в.), шитые золотом воздухи и др., а также священнические ризы XIX в.
Собор сохранил основной набор из 17 колоколов, сложившийся в XIX в., за исключением самого большого колокола, получившего в ХХ в. трещину. Общая масса всех колоколов превышает 6800 кг.