L'ordonnance générale de la nef s'inspire de la tradition bourguignonne (cf. l'ancienne abbatiale de Luxeuil). Lors des travaux du XIII° siècle, la nef fut divisée en six travées et l'on s'efforça de conserver les murs consacrés par Léon IX. Ceux-ci sont encore visibles à l'extérieur: on peut reconnaître sur les murs gouttereaux au midi, dans les deux premières travées contre la tour, les arcatures aveugles et   plaquées suivant le principe carolingien.

La nef fut  voûtée de pierre sur croisée d'ogives avec des arcs doubleaux en plein cintre; certains de ces arcs se sont même surbaissés sous le poids des voûtes. Les piliers carrés ont été conservés mais cantonnés de huit colonnes; quatre grosses engagées, disposées en croix, supportent les doubleaux;  quatre plus petites engagées aux angles du massif supportent les nervures des ogives.

Les trois étages traditionnels sont présents dans l'élévation de la nef. Celle-ci s'ouvre sur les bas- côtés par de grands arcs brisés. Le second étage ou Triforium s'ouvre en fausse tribune sur les combles des collatéraux. Les ouvertures du Triforium sont de deux types: celles des deux premières travées sont en plein cintre avec un tympan reposant sur une seule colonne centrale; les ouvertures des travées suivantes sont ornées d'une arcade trilobée reposant sur une double colonne centrale. Cette distinction marque deux campagnes de travaux. Le troisième étage est celui des fenêtres hautes: elles sont en plein cintre, ébrasées et ornées d'une verrière de type cistercien depuis 1952. Les travées des bas-côtés sont voûtées sur plan carré mais avec des doubleaux en arc brisé.

Tous les chapiteaux, corbeilles, de la nef, du transept, des collatéraux sont ornés de motifs d'inspiration végétale. lis témoignent d'un certain archaïsme dans la décoration. Beaucoup de ces chapiteaux ont été restaurés, voire remplacés au XIX° siècle.