Le due scale di marmo, attraverso le quali si scende nel Santuario, si ricongiungono in un pianerottolo, al centro del quale è posto il mausoleo di mons. Francisco De Esquivel e la tomba degli arcivescovi di Cagliari.

Il mausoleo del prelato, di buona esecuzione, presenta l'Arcivescovo in paramenti pontificali, con l'anello vescovile in entrambe le mani, mentre giace ai piedi di una nicchia sullo sfondo della quale è collocata una bella tela, dipinta a olio, di scuola spagnola del secolo XVII. La tela raffigura Gesù Crocifisso attorniato da una schiera di martiri in abiti diversi. Ai lati vi sono quattro cherubini alati.

Sull'urna si legge l'epigrafe di mons. De Esquivel:

Attendo la risurrezione del mio corpo.
QUI GIACE
l'ill.mo e Rev.mo Signore Francesco De Esquivel,
Arcivescovo di Cagliari, Primate di Sardegna e Corsica,
insigne per pietà e per carità,
fondatore di questo gloriosissimo
Santuario dei Santi Martiri.
Mori il sabato 21 dicembre
dell'anno del Signore 1624.

Lo stesso Arcivescovo è raffigurato nella tela suddetta insieme alla schiera dei Martiri sardi. Due lapidi, ai lati del sarcofago, ricordano i due principali avvenimenti religiosi di quel periodo storico:

• (lapide a destra) - l'erezione e la consacrazione dei Santuario, avvenuta l'undici novembre 1618, per onorare e venerare le reliquie dei Santi Martiri cagliaritani, per volontà di mons. Francesco De Esquivel nel 13° anno del suo episcopato. «D. O. M. Paulo V Pont. Max. Philippo III Hispaniarum et Sardiniae Rege potentissimo D. D. Franciscus De Esquivel Arch.pus Kalar. Primis Sardiniae et Corsicae hoc tam pium magnificum ac liberaleopus ad Reliquias Sanctorum Kalaribus a se inventas honorifice condendas in perpetuum religionis ac pietatis sive erga Deum , erga Divos et Ecclesiam suam Kalaritanam monumentum, suis sumptibus erexit, promovit felicius, complevit felicissime, ann. Posto Christum natum 1618. Praesulayus sui 13. MDCXVIII».
  
• (lapide a sinistra) - la traslazione delle reliquie dei Santi Martiri dalle chiese di S. Saturnino e di S. Lucifero nella chiesa Primaziale. L'iscrizione conclude affermando che l'Arcivescovo, desiderando rimanere vicino ai suoi patroni, fece costruire per sé e per i suoi un sepolcro nel vestibolo del Santuario. La traslazione delle reliquie avvenne il 27 novembre 1618.

Interno della Cripta

Il Santuario è opera «di incomparabile bellezza per i delicatissimi lavori di scalpello, per la straordinaria abbondanza di marmi, per la notevolissima varietà di rosoni, per le molte nicchiette, contenenti, appunto, le reliquie dei Santi Martiri» (M. Delogu, Il Duomo di Cagliari, Fossataro, Cagliari, 1966, p. 107). Pietro Martini, storico cagliaritano (l800-1866), ne parla come di un illustre monumento «prezioso per la ricchezza degli svariati marmi, degli argenti e degli arredi sacri, e con ragione stimato uno dei migliori monumenti religiosi della Sardegna» (P. Martini, Storia ecclesiastica della Sardegna, v. II, Cagliari 1980, pp. 349-350).

All'interno, la volta a botte ribassata della cappella centrale e le volte delle due cappelle laterali furono scolpite con fantasiosa varietà ed esuberante decorazione, composta da ben 584 rosoni con imitazione di foglie di acanto, di rosa, di vite, di fico e anche di qualche motivo non floreale.

I 584 rosoni, scolpiti sulla roccia, sono intercalati dal ritmico ripetersi del tema decorativo della punta di diamante e sono tutti diversi l'uno dall'altro quasi a significare la ricchezza e la varietà della santità cristiana. Infatti, il can. Spano intravede nella volta dell'ambiente centrale del Santuario una chiara allusione al Paradiso (A. Saiu Deidda, Una nuova lettura del Santuario dei Martiri del Duomo cagliaritano sulla base di alcune osservazioni di Giovanni Spano, in Studi Sardi XXV, Sassari 1981, pp. 106-107).

Il Santuario consta di una scala di accesso e di tre cappelle, così suddivise:

• Cappella centrale o della Madonna dei Martiri
• Cappella laterale destra o di S. Lucifero
• Cappella laterale sinistra o di S. Saturnino

Nelle pareti sono sistemate delle «nicchie» contenenti le ossa, che si ritennero dei martiri del cristianesimo primitivo, quando ai primi del '600 vennero scoperte le aree catacombali esistenti attorno alla Basilica di San Saturnino, alla chiesa di S. Lucifero e altre chiese della città. Contrariamente a quanto scritto dallo Spano (Guida del Duomo, pag. 37 nota 3) non sono scavate nella roccia, ma si tratta di urne in calcare forte di Bonaria a forma di tozzi parallelepipedi di circa 25x35x50 (e non di 100x50 come ha scritto lo Spano), chiuse con lastre di roccia di circa 7 cm di spessore, sigillate con stucco e inchiavardate con grappe di ferro fissate con piombo fuso.

Il problema della autenticità di queste reliquie dei Martiri, dichiarata in un periodo in cui il primato sulla Sardegna della chiesa di Cagliari era conteso da quella di Sassari, non é ancora chiarito completamente anche se le più recenti ricerche archeologiche e i confronti epigrafici portano nuovi argomenti a favore dell'interpretazione data da mons. Francisco De Esquivel.

Le nicchiette (o piccole arche) in marmo policromo sono 179 disposte, su due ordini, nelle pareti delle tre cappelle e precisamente:

66 nella cappella centrale;
80 nella cappella di S. Lucifero;
33 nella cappella di S. Saturnino.
Sopra ogni nicchietta é rappresentata la figura in marmo del santo con il relativo nome ed i simboli del martirio, incisi in rosso con una pastina di gesso e carminio: lavoro, certamente ingegnoso, impegnativo e costoso! Dai più recenti studi queste le novità: la dimensione delle nicchiette, i rosoni realizzati a stucco in modo da imitare perfettamente la roccia, la muratura perimetrale non ha funzione portante.