L’abside è decorata con cipollino ripartito da paraste di porfido e pavonazzetto del VII secolo. Nel catino absidale vi è lo splendido mosaico di scuola bizantina che rappresentata Santa Agnese, con ai piedi le fiamme e la spada del martirio e sulla veste la fenice simbolo dell'immortalità; la Santa è rappresentata come un'imperatrice bizantina tra i pontefici Simmaco e Onorio, quest'ultimo col modello della chiesa nelle mani, tutte le figure emergono dall'accecante fondo oro.