Tarnowska Bazylika Katedralna zawsze była miejscem szczególnej czci Matki Boskiej. Wskazuje na to jej wezwanie - Narodzenia Najświętszej Maryi Panny, a także kaplica Matki Boskiej Szkaplerznej dobudowana w roku 1514. Obecnie wyjątkowym kultem cieszy się tu łaskami słynąca, barokowa figura Matki Boskiej Bolesnej. Rzeźba ta wykonana jest w drewnie, wysoka na 1 m, polichromowana i złocona. Przedstawia Matkę Bożą w typie ikonograficznym zwanym „Pietą", martwe ciało Jezusa osuwa się z kolan Maryi do jej stóp. Maryja przytrzymuje Syna prawą dłonią za bark, zaś lewą unosi nieco rękę Chrystusa. Omdlewa przy tym z żałości wznosząc wzrok ku Niebu, a z jej rozchylonych lekko ust wydobywa się jakby bolesna skarga. Przyglądając się rzeźbie można stwierdzić, że posiadał on bardzo dobrą znajomość anatomii człowieka, mistrzowsko uchwycił ruch oraz umiejętnie wyraził wewnętrzne przeżycia postaci.  Z „Piety” można wyczytać zarówno spokój, takie wrażenie wywołuje równowaga kompozycji na zasadzie równoramiennego trójkąta, jak i dramatyzm chwili wyrażony poprzez drobny, jakby nerwowy układ draperii szat w rzeźbie Matki Bożej. Na podstawie przeprowadzonych badań drewna, złoceń i pigmentów farby, figurę tę datuje się na XVII w., lecz nie wiadomo, kto był jej twórcą i fundatorem oraz kiedy sprowadzono ją do Katedry. Historycy sztuki dostrzegają podobieństwo tarnowskiej „Piety” do fragmentu obrazu "Opłakiwanie" autorstwa Van Dycka oraz do innej „Piety”, która stanowi centralny motyw w epitafium Boimów w kaplicy grobowej tejże rodziny w sąsiedztwie katedry łacińskiej we Lwowie. Epitafium to jest ostatnim, niedokończonym dziełem Jana Pfistera, rzeźbiarza pomnika Ostrogskich w tarnowskiej katedrze. Wiadomo, że figura Matki Bożej Bolesnej od początku wieku XX znajdowała się w południowym przedsionku katedry i była otaczana powszechnym kultem. W roku 1987 rzeźba została przeniesiona do ołtarza nawy Najświętszego Sakramentu. Ołtarz ten zaprojektował i wykonał w brązie Czesław Dźwigaj w roku 1986. W zwieńczeniu nastawy ołtarzowej wykonawca wykorzystał motyw trzech krzyży z pomnika „Solidarności” w Gdańsku, zaś w podstawie ołtarza umieścił tablice w brązie ze scenami Siedmiu Boleści Matki Bożej. Przed „Pietą” modlił się Ojciec św. Jan Paweł II podczas pobytu w Tarnowie w roku 1987. Kult "Tarnowskiej Piety" trwa i rozwija się, od 2006 roku bazylika katedralna nosi tytuł Sanktuarium Matki Bożej Bolesnej. Obok wspomnianej Piety, w nawie południowej mieszczą się dodatkowo dwa ołtarze: główny (kamienny, neorenesansowy z około roku 1900) zdobi płaskorzeźba Chrystusa według fresku Ostatniej Wieczerzy Leonarda da Vinci, wykonana w marmurze kararyjskim oraz ołtarz brązowy ze złoceniami, zaprojektowany w roku 1987. Są tu też pomniki nagrobne: usytuowany pomiędzy konfesjonałami późnorenesansowy grobowiec ks. Marcina Łyczko (1578) prepozyta Kolegiaty, fundatora budynku Akademioli tarnowskiej, wzniesiony z piaskowca, z leżącą marmurową postacią zmarłego oraz neoklasycystyczny grobowiec księcia Eustachego Sanguszki - namiestnika Galicji, z leżącą na tumbie postacią zmarłego wykonany z białego marmuru, dzieło Antoniego Madeyskiego.