El sagrario de la Basílica tiene forma de basílica romana y reproduce en su frontal la parte baja de la fachada del propio templo.

Cristo en Majestad
Arcángel San Miguel
San Gabriel
San Rafael

En conjunto es figura de la Iglesia católica con el Señor, bajo una forma próxima a la de Cristo en Majestad, representado en la puerta.

Una estatuilla del arcángel San Miguel sobre la cúpula central, como defensor de la Iglesia, con la inscripción «QVIS VT DEVS» en su escudo.

Otra del arcángel San Gabriel, como embajador celestial de los misterios que se refieren a la vida terrena del Señor, a la izquierda de la puerta con un banda que dice «AVE GRATIA PLENA».

Y otra del arcángel San Rafael, como compañero de nuestra peregrinación, a la derecha y con la concha de peregrino.

Hay otras doce estatuillas de ángeles de las que algunos portan bandas con diversas inscripciones, además hay una banda en blanco y uno que, seguramente, llevaba en sus manos una banda que se ha perdido; las que se conservan dicen «GLORIA IN EXCELSIS DEO», «NATUS EST VOBIS SALVATOR» y «HOMINIBUS BONAE VOLUNTATIS». Estas tres inscripciones están tomadas de la Vulgata (quia natus est vobis hodie Salvator … Gloria in altissimis Deo, et in terra pax hominibus bonæ voluntatis. Lc 2,11-14) y del himno litúrgico llamado doxología mayor que comienza: «Gloria in excelsis Deo et in terra pax hominibus bonæ voluntatis.» En el arco de encima de la puerta del sagrario, en letras doradas pegadas sobre imitaciones de piedras preciosas, y algo dañada, se halla la inscripción «ECCE EGO VOBISCUM SUM» (he aquí que yo estoy con vosotros Mt 28,20), tomada de las últimas palabras de Cristo en la Vulgata y que en el sagrario adquieren un doble sentido al hacer también referencia al dogma católico de la Presencia real en el mismo.

Dañado en el asalto de 1930, se salvó de la destrucción durante la persecución religiosa por haber sido enviado a reparar a un taller en el que estuvo más de ocho años. Cuando la Compañía de Jesús vendió el templo a la Archidiócesis de Oviedo llevó este sagrario y durante varios años lo utilizó en el templo parroquial que regenta en Burgos, el de La Merced. Los jesuitas lo cedieron a la Basílica y fue reinstalado en ella el 8 de abril de 2019.

De los púlpitos originales, situados a ambos lados del presbiterio junto a los accesos a la girola, se conservan sus pies de piedra del Naranco pulida. Escaleras, pretiles de bronce dorado, y tornavoces fueron destruidos y se sustituyeron por otros de madera tallada en el taller que Manuel Cajide Fernández estableció en 1942 en Santiago de Compostela, por lo que han de ser posteriores a esa fecha.