L'interno della chiesa è pregevole e ben conservato. Le navata principale, affiancata dalle due laterali, è scandita da pilastri polistili a cui si alternano ampie cappelle sormontate da volte a crociera ogivali. Numerosi sono gli affreschi realizzati da Giacomo Jaquerio, considerati uno dei capolavori della scuola tardogotica piemontese risalenti al secondo decennio del XV secolo e raffiguranti la Storia della vita di san Biagio, la Madonna in trono tra i santi, la Natività con i santi, le Storie di sant'Antonio Abate; degno di nota è il ciclo di affreschi della sagrestia raffigurante la vita di Cristo firmato dallo stesso autore che comprende un'Annunciazione, i Santi Pietro e Paolo, l'Orazione nell'Orto, gli Evangelisti sulle vele della volta e, sulla lunetta, la celebre Salita al Calvario.

Tra gli attuali fabbricati disposti a corte spicca la chiesa e l'ospedale, di cui è rimasta soltanto la quattrocentesca facciata caratterizzata dalla ghimberga in cotto.

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La chiesa si distingue per i suoi motivi tipicamente tardogotici di influenza francese, di cui le tre imponenti ghimberghe dei portali decorate con formelle in terracotta e pinnacoli sono l'elemento predominante.

Il complesso ospedaliero sorse a partire dal 1188 per volere dei canonici dell’ordine di Sant’Antonio di Vienne, i quali si dedicarono all’assistenza dei pellegrini sulla Via Francigena e alla cura dei malati di herpes zoster (il “fuoco di Sant’Antonio”). L’ente godette nei secoli della protezione dei Savoia e, alla soppressione dell’ordine ospedaliero antoniano, inglobato in quello di Malta nel 1775, passò all’Ordine Mauriziano, cui ancora oggi appartiene. L’attuale assetto è frutto di continui ampliamenti e modifiche nei secoli. La chiesa, che risultava terminata già a inizio Duecento, fu rimaneggiata nel Quattrocento con l’aggiunta di due navate laterali. Alla fine del medesimo secolo l’edificio, così come l’Ospedaletto, venne dotato di una facciata a ghimberghe e coronamento con pinnacoli in cotto per volere del priore commendatario Jean de Montchenu II. Il campanile gotico risale invece al XIV secolo. Tra gli elementi artistici di pregio, all’esterno si segnalano, oltre alle già citate ghimberghe in cotto, le chiavi di volta, i capitelli e le mensole variamente figurate presenti nel pronao.
All'interno le decorazioni più antiche, risalenti alla fine del XII secolo, si trovano sulla parete sinistra della navata principale, tra le due cappelle laterali, e raffigurano il Cristo benedicente, il Presepio e i Santi Pietro e Paolo. Risalgono invece all’inizio del XIV secolo gli affreschi -oggi mutili- raffiguranti il Cristo benedicente assiso su un faldistorio tra i simboli degli evangelisti e alcuni apostoli posti sopra l’arcata della terza cappella della navata sinistra. All’interno dello stesso ambiente vi sono altri affreschi risalenti al XIV e XV secolo, raffiguranti l’Adorazione dei magi, la Presentazione di Gesù al tempio e l’Annunciazione. L’interno della chiesa fu affrescato con una successiva campagna decorativa intorno al 1395, nel corso della quale furono realizzate le scene della cappella della Maddalena. L’opera pittorica maggiore fu iniziata nel 1406 da Giacomo Jaquerio, che ha lasciato la propria firma al di sotto dell’affresco raffigurante la Madonna in trono sito nel presbiterio. Jaquerio fu attivo nella prima metà del Quattrocento ed è annoverato come il più importante promotore del gotico internazionale in Piemonte. Alla sua mano si devono anche Cristo di pietà e le Storie di Sant’Antonio abate sulla parete destra del presbiterio, la Madonna in trono sulla parete sinistra, le Storie di San Biagio nella navata laterale destra. Vero e proprio capolavoro del maestro è però il ciclo della Passione, affrescato nella sacrestia, nel quale Jaquerio unisce elementi del gotico fiorito ad espressioni di intenso realismo. All’interno della chiesa si segnala il Polittico della Natività con i Santi Rocco, Sebastiano, Antonio abate e Bernardino da Siena, realizzato nel 1531 da Defendente Ferrari, cui fa da corredo una predella decorata con scene della vita di Sant’Antonio abate. Il politico venne commissionato dalla Comunità di Moncalieri e donato alla Precettoria per assicurarsi la protezione di Sant’Antonio.