La decoració pictòrica de la cúpula, al vestíbul del primer pis, es va encarregar a Manuel Humbert, Josep de Togores i Francesc Galí. Els dos primers van pintar les petxines i el tambor, mentre el tercer es va dedicar al casquet de la cúpula, on va plasmar la Religió, la Ciència, les Belles Arts i la Terra. Al tambor, Humbert i Togores van plasmar vuit civilitzacions: la fenícia, la grega, la ibèrica, la celta, la cartaginesa, la romana, la visigoda i la musulmana. A les petxines, en grisalla, hi van representar les al·legories de Lleó, Castella, Navarra i la Corona catalanoaragonesa.

Sota la decoració pictòrica, Enric Casanovas i Josep Dunyach van esculpir, respectivament, les personificacions del Treball i la Religió, i de la Llei i la Força en pedra artificial.

El terra es va pavimentar amb un mosaic, el plafó central del qual era l’escut de Barcelona, que ocupava una superfície de 133 m2 –actualment a les reserves del museu nacional–, que es va haver d’aixecar amb motiu de la remodelació iniciada el 1990. La resta de la decoració pictòrica i escultòrica es conserva tal com era el 1929. La Sala de la Cúpula és un bon escenari per a esdeveniments de petit format.