Sala de Sesiones
El más conocido espacio del Palacio, de forma semicircular, alberga la sala del plenario del Congreso de los Diputados, también conocida como "hemiciclo".
En la cabecera se encuentra un tapiz con el escudo nacional, flanqueado por dos esculturas en mármol de Carrara blanco, con las efigies de los Reyes Católicos. Junto a ellas, dos lienzos de grandes dimensiones: María de Molina presenta a su hijo Fernando IV en las Cortes de Valladolid de 1295, pintado por Antonio Gisbert en 1863, y El juramento de los diputados de las Cortes de Cádiz de 1812, obra de José Casado del Alisal, de 1863. En la parte alta del testero, cuatro efigies que simbolizan la Marina, la Agricultura, el Comercio y las Ciencias, esculpidas por Sabino Medina, además de dos pinturas a cada lado, en forma triangular, representando el Decálogo y el Evangelio, ambas de Carlos Luis de Ribera. También en el testero se sitúa la Presidencia y miembros de la Mesa del Congreso, y la tribuna de oradores.
Encima de las puertas de entrada, cartelas con los nombres de héroes históricos: Juan de Padilla, Juan Bravo, Francisco Maldonado, Juan Lanuza, Diego Heredia y Juan de Luna a un lado y Daoíz, Velarde, Álvarez, Palafox, Moreno y Ruiz Mendoza al otro. Estos nombre aluden a la Guerra de las Comunidades y las Alteraciones de Aragón y a la Guerra de la Independencia Española, respectivamente.
El resto de la sala, en forma de herradura, presenta dos alturas: el primer cuerpo donde se sitúan la mayoría de asientos, con columnas de mármol oscuro de estilo toscano; y un nivel superior, dividido por columnas abalaustradas de forja. Casi todo el espacio lo ocupan los escaños de los miembros del Gobierno (con sillones de color azul) y los diputados (con sillones de color rojo), y por encima de los mismos, el espacio reservado a los invitados, prensa, cuerpo diplomático, público y a los senadores cuando las cámaras se reúnen en sesión conjunta. Es de destacar que en los arquitrabes de las tribunas, en medallones circulares, están representados los escudos de todas las provincias españolas.
El hemiciclo está cubierto por una bóveda acristalada, con una pintura central representando a la reina Isabel II rodeada de personajes de la historia de España, entre los que se encuentran El Cid, Cristóbal Colón y Miguel de Cervantes; todo ello rodeado de representaciones de las virtudes cardinales y alegorías de legisladores de todas las épocas. El autor de esta obra fue Carlos Luis de Ribera.
La estructura del techo y parte de las paredes sufrió algunos daños durante el golpe de Estado de 1981; parte de los cuales son todavía visibles, como varios impactos de bala en diversas zonas.