Sala lunga
La sala e in realtà una galleria che immette in più ambienti (la sala delle fettucce, la cappella, la biblioteca, la camera di monsignore e il museo).
Presenta un soffitto a cassettoni dipinto in tono rosa corallo e alle pareti una tappezzeria in stoffa damascata rossa, fatta apporre dallo stesso pontefice che aveva saputo che quella precedente era rovinata. Il pavimento in maiolica fu fatto rifare negli anni '60 dalla contessa Heleda Pecci e presenta al centro lo stemma della famiglia: l'albero di carpino è affiancato da due gigli e sormontato da una cometa con il motto" lumen in coelo".
Sulla parete destra campeggia il grande quadro con il Giubileo sacerdotale di Leone XIII; celebrato nella cappella Sistina nel 1887, regalato al papa dai conti De Prysing, opera di Angelo De Courten, nato a Bologna nel 1848, pittore dedito soprattutto alla ritrattistica e ai quadri sacri. Nel dipinto sono raffigurati, tra gli altri, sua eminenza il cardinale Howard, l'assistente al soglio principe don Giovanni Andrea Colonna (distinguibile dal collare spagnolo bianco), il foriere maggiore don Umano Sacchetti (secondo da destra), il comandante della guardia svizzera Alfredo de Sonneberg (a sinistra in primo piano), il conte Camillo Pecci, nipote del papa (sulla destra riconoscibile dai baffi e già ritratto nella sala quadra), il conte Ricci Parraciani (sulla sinistra coll'elmo), le principesse Rospigliosi Bandini e Maria Bandini Trabia (sullo sfondo a destra).
Nel quadro è evidente l'interesse del pittore per i ritratti dei personaggi, piuttosto che per l'ampia, ma accademica, inquadratura architettonica della Sistina.
Ai Iati del grande quadro si trova il ritratto del gesuita cardinale Giuseppe Pecci, fratello del pontefice, in ovato di notevole vivezza psicologica; sulla sinistra il papa ritratto in abito da viaggio (clergymen) quando era arcivescovo di Perugia (dal 1847) e sulla destra un altro ritratto del pontefice firmato da Giuseppe Ugolini (1826-97), pittore dedito quasi esclusivamente alla ritrattistica, che svolse il suo lavoro presso corti di sovrani e pontefici.
Sulla parete di fronte sono esposti parte dei doni offerti al papa durante il suo pontificato da popoli extra europei.
Da notare, tra i doni, l'arpa a tastiera, strumento musicale raro, presente nell'esposizione mondiale vaticana del 1887 indetta per il giubileo sacerdotale, donata a Leone XIll da mons. Giuseppe Sarto vescovo di Mantova e suo successore col nome di Pio X.

Sala delle fettucce
Presenta una decorazione più antica di quella delle altre sale, di notevole omogeneità e brillantezza, costituita da motivi floreali che compaiono sia sul soffitto a cassettoni, sia sulle pareti affrescate a finta tappezzeria resa più luminosa dall'uso di rialzi di colore in oro, e sottolineata dal basamento "architettonico".
L'arredamento, invece, non è quello originale e proviene dal paIazzo Sarcinelli di Conegliano Veneto dell'attuale contessa Heleda ritratta in un dipinto del 1947 sulla parete centrale, di mano del cugino Federico Moroni, autore anche del quadro del marito nella sala quadra.
La contessa Heleda Castrignano Pecci ha dedicato gran parte della sua attenzione al mantenimento sia del palazzo che dei ricordi di papa Leone XIII.

Cappella
In questa cappella fu battezzato il futuro pontefice nel 1810 e fu celebrato da Gioacchino Pecci il matrimonio del fratello Giovan Battista con Angela Salina.
Presenta un soffitto cassettonato con lacunari a stucchi da cui pende un piccolo lampadario liberty. Il pavimento in maiolica a colori giallo, verde e nero del 700 ha un disegno a rose dei venti fra tondi quadrilobati fiorati.
Sull'altare la pala raffigurala Madonna con il bambino, entrambi incoronati, tra i santi Francesco e Domenico.
Nella parete di fronte all'altare sono conservate due bolle di Benedetto XIV e Leone XIII e nelle pareti laterali reliquie di santi; il tappeto e l'inginocchiatoio centrale, con le insegne papali, sono doni offerti al pontefice .

Biblioteca
La biblioteca fu creata da Lodovico Pecci, padre di Gioacchino, poi fortemente incrementata dal pontefice per rispondere ai suoi interessi di studioso. Contiene circa 20.000 volumi, pergamene e l'archivio della famiglia.
E' un ambiente a forma di elle dove nel vano minore si situa lo scrittoio del pontefice.
Presso la finestra è conservata una testa-ritratto del papa, in terracotta, opera di Giulio Tadolini (1849-1918), esponente di una nota famiglia di scultori romani, autore, tra l'altro, del monumento funebre di Leone XIII nel braccio sinistro del transetto di S.Giovanni in Laterano (1907).

Camera di monsignore
Vi dormì il futuro pontefice nei soggiorni a Carpineto come risulta dalla lapide del 1884; accanto, la prima lettera di Gioacchino Pecci scritta nel giorno della sua elezione a pontefice (20 febbraio 1878) per comunicare tale evento ai fratelli.
Anche questo ambiente presenta un soffitto a cassettoni dipinto; da notare, tra i mobili, il letto con il baldacchino e il cassettone intarsiato in madreperla donato al pontefice. Fra i quadri, a destra del letto, si nota per qualità artistica il "ritratto" di epoca posteriore della beata Margherita Pecci, figlia di Tommaso, che vestì l'abito dei Servi di Maria, vissuta nella prima metà del sec. XIV.

Museo
E' composto da due camere con soffitti a cassettoni e pavimento a mattonelle esagonali bianche, rosse e nere e presenta una tappezzeria alle pareti. Nella prima stanza sono conservati ricordi dell'anno santo del 1900 e souvenir con l'immagine del pontefice; segue una collezione di conchiglie, fossili e animali esotici e impagliati di Lodovico Pecci. Tra le conchiglie, da notare quella con la raffigurazione simbolica della navicella di Pietro su cui si distinguono, sulla destra, la Vergine del Rosario (alla quale il papa era particolarmente devoto come promotore della realizzazione del santuario di Pompei e, sulla sinistra, Leone XIII sorretto da Cristo che riceve lo Spirito Santo.
Vi sono inoltre quel che resta di una collezione di medaglie legate al pontificato e diversi doni al papa provenienti da Paesi europei ed extra europei. Al centro un cassone in legno intagliato, datato 1887, donato al papa dalla regione cinese di Ho-Nan. Nella seconda sala, al centro, la culla lignea del futuro pontefice e alle pareti vetrine con i suoi abiti cardinalizi e papali, vestiti della famiglia, che si possono rintracciare nei diversi ritratti, a partire dal XVIII secolo e abiti da sposa delle donne della famiglia fino ai nostri giorni.
La vetrina, oggi vuota, conteneva i fucili da caccia del pontefice che aveva mantenuto questa sua passione anche durante il pontificato.