Architecture intérieure.
L'architecture de l'église rappelle celle des basiliques romaines. La nef à sept travées est scandée d'arcades en plein cintre. Les piles monocylindriques sont surmontées d'un chapiteau dorique. La voûte en berceau est percée de lunettes. Une large corniche scandé de petits massifs à entablement, ceinture l'édifice, séparant les deux niveaux de l'élévation.
La nef est flanquée de deux bas-côtés simples, eux aussi voûtés en berceau. Ces bas-côtés se prolongent, au-delà du transept, de chaque côté du chœur où ils abritent des chapelles absidiales.
Après la nef, l'édifice présente un transept et un chœur de trois travées droites, clos par un chevet plat creusé d'un cul-de-four.

Les peintures murales de l'église.
En 1928, lors de l'agrandissement de Saint-Jean-Baptiste-de-Grenelle, le chanoine Touzé, futur directeur des Chantiers du Cardinal, confia l'embellissement de l'édifice au peintre Henri Nozais. Celui-ci utilisa une peinture à l'huile supportée par un épais enduit hydrofuge pour les décors de la coupole, du chœur et du transept.
Ces peintures, datées des années 1928 et 1930, illustrent des épisodes de la vie du Précurseur : l'Agneau mystique, la Naissance de Jean-Baptiste, sa Prédication, sa Montée au ciel et, enfin, Salomé portant à sa mère le chef du saint.
Source : «Le décor mural, de l'enthousiasme au murmure» de Martine Chenebaux-Sautory dans Églises parisiennes du XXe siècle, Action artistique de la Ville de Paris, 1996.

Compte tenu du peu de lumière dans la nef, (la chapelle axiale mise à part parce qu'elle est la plupart du temps éclairée à l'électricité), il est difficile d'avoir un aperçu satisfaisant de ces grandes peintures.
Celles qui se trouvent sur les arcs des croisillons du transept sont plongées dans une pénombre intense.