Les deux longues processions des saints martyrs et vierges qui se font face, réalisées lors la domination byzantine (alors que Ravenne était un exarchat dépendant de Constantinople), mettent en évidence les traits du style byzantin de l'Empire d'Orient : répétition des gestes et des attitudes, préciosité de l'habillement, absence de volumes et aplatissement des figures en deux dimensions, et aussi vue de front, fixité du regard, fonds monochromes éblouissants d'or, utilisation de motifs végétaux purement décoratifs et absence de plans de soutien des personnages, qui apparaissent comme flottant dans l'espace.

Comme toutes les églises de Ravenne de la période impériale (jusqu'en 476), la basilique Sant'Apollinare Nuovo est ornée de merveilleuses mosaïques polychromes. Ces mosaïques n'appartiennent pas toutes à la même époque : les unes remontent à Théodoric, et d'autres à la redécoration voulue par l'évêque Agnello, lors de la conversion de l'édifice au culte catholique.
Les murs de la nef centrale présentent trois zones bien distinctes de décoration en mosaïques.