Воссоздание внутреннего убранства Храма Христа Спасителя стало для современных художников работой с наследием мастеров XIX века. Народный художник России Василий Нестеренко создал для собора четыре масштабные росписи: изображения евангелиста Матфея, Воскресения Христова, Крещения Господня и Входа Господня в Иерусалим. Высота самой крупной композиции достигает 23 метров, а меньшей — 15 метров.
Две из этих росписей первоначально принадлежали кисти Генриха Семирадского, однако после разрушения храма их пришлось восстанавливать практически по небольшим черно-белым фотографиям. Как рассказал художник в интервью «Аргументам и фактам», никто не предполагал, что собор когда-либо взорвут. На роспись первого храма в XIX веке ушло десять лет, тогда как восстановление живописного убранства в XX веке заняло 8,5 месяца.
По словам Нестеренко, художникам пришлось заново осваивать духовную живопись, поскольку за годы советской власти это направление практически исчезло. Решение восстановить интерьер собора в первоначальном виде патриарх Алексий принял 27 февраля 1997 года. Воссозданию подлежали не только росписи, но и пол, для которого использовали камень из европейских стран, участвовавших в походе Наполеона против России в 1812 году.
Из европейских каменоломен в Москву доставили яшму и другие цветные породы, необходимые для повторения пола XIX века. При этом мрамор и декоративный камень из разрушенного собора ранее применили, в частности, при оформлении станций московского метро. Нестеренко также напомнил, что после взятия Парижа русскими войсками Александр I распорядился не разрушать французскую столицу, а с Вандомской колонны сняли только скульптуру Наполеона.
В восстановлении храма участвовали художники из Санкт-Петербурга, Москвы, Ярославля и Пскова, представлявшие разные художественные школы. Несмотря на различия в манере работы, им удалось создать единый ансамбль, считает Нестеренко. Для собора он также написал четыре иконы Богородицы — «Рождество Богородицы», «Введение во храм Пресвятой Богородицы», «Благовещение» и «Успение», а также Плащаницу для алтаря.
Работы художника находятся и в Патриаршей трапезной собора. Нестеренко отметил, что многие посетители принимают восстановленный храм и его росписи за дореволюционные, поскольку не знают, что они созданы в наше время. По его словам, разрушение стало лишь страницей в истории здания, которое вновь существует на прежнем месте.