L'interno, a navata unica, presenta la volta a nervature affrescata nel 1551 con rameggi, fiori, uccelli, frutta e angeli. Sulla sinistra rispetto all'ingresso sono collocati un fonte battesimale in pietra bianca, della prima metà del XVI secolo e un'acquasantiera lapidea del secolo successivo. Sulla parete sinistra all'interno di due nicchie sono poste le statue di Maria Addolorata, opera dell'intagliatore Giovanni Battista Moroder e una statua novecentesca in legno policromo, rappresentante il Sacro Cuore di Gesù. Va notato il pulpito ligneo in stile neogotico; le stazioni della Via Crucis dipinte a olio, risalgono all'inizio del XVIII secolo. Sempre sulla parete sinistra, vicino all'altare laterale, si trova un affresco raffigurante la Crocifissione con il committente Bernardino Thun, dipinto nel 1551 e siglato dal monogrammista C.A.B.. Gli altari laterali lignei, quello a sinistra del XVII secolo, l'altro del 1923, sono dedicati rispettivamente a Maria e a san Giuseppe artigiano. In prossimità dell'arco santo è posto un crocifisso ligneo seicentesco. Nel presbiterio rimangono alcuni affreschi del XVI secolo raffiguranti il Padre Eterno, degli angeli e Giobbe sulle pareti; di nuovo il Padre Eterno, i simboli dei quattro evangelisti e lo stemma dell'Impero d'Austria sulla volta. L'altare maggiore in legno policromo, opera del 1753, dorata nel 1756 da Mattia Lampi, è ipoteticamente assegnabile all'attività congiunta degli intagliatori Pietro Insom e del padre Giovanni. La pala di Mattia Lampi, del 1757, rappresenta il titolare della chiesa, san Nicolò vescovo. Il tabernacolo in legno policromo, opera di Pietro Insom di Revò è datato 1759. Nel presbiterio è collocata una tela del 1616 con la rappresentazione della Madonna dello scapolare e santi e un raro esempio di tabernacolo a muro in pietra bianca, protetto da una grata in ferro. Lo realizzò maestro Onego Varenino di san Fedele d'Intelvi nel 1551. Sulla parete di fondo di questo manufatto è conservato un affresco del XVI secolo rappresentante la Crocifissione. Sulla volta dell'abside sono scolpiti gli stemmi dei Thun, degli Arsio e dei Genetti. Sulla parete destra è murata infine una lapide sepolcrale cinquecentesca in pietra rosa: Giovanni Clementi proponeva di riconoscerla come quella di Brigida d'Arsio, moglie di Bernardino Thun (Weber S., Le chiese della val di Non nella storia e nell'arte, II, Trento 1937, rist. anast. Mori ? Trento 1992, pp. 139-143; GIUS P., Cenni di storia della Parrocchia, in Castelfondo e la sua storia, rist. 1990, p. 91; STROCCHI C., scheda Pietro Insom, in Scultura in Trentino. Il Seicento e il Settecento, a cura di A. Bacchi e L. Giacomelli, II, Trento 2003, p. 176; Guide del Trentino. Val di Non: storia, arte, paesaggio, a cura di E. Callovi e L. Siracusano, Trento 2005, pp. 176-178).