En la planta noble destaca la lujosísima decoración que incluye columnas de mármol, techos cubiertos con maderas preciosas (palisandro, ébano y maderas brasileñas), muebles y apliques de marquetería de calidad extraordinaria.
La pieza central de la planta es un salón de 17 metros de alto decorado con pinturas murales y coronado con una cúpula parabólica que sobrepasa la azotea en forma de cono, que está perforada por círculos que, bajo la luz del día, le dan desde del interior una apariencia de planetario. También encontramos en esta sala una pequeña capilla empotrada en la pared con las puertas decoradas con pinturas de los doce apóstoles de Aleix Clapés, el altar tenía una imagen de la Purísima, obra de Joan Flotats, que se supone destruida en 1936 con motivo de la guerra civil española y un sinfín de elementos decorativos.
Tanto la planta como todo el edificio está organizado en función de esta pieza. El salón se utilizaba para reuniones, conciertos, actos literarios y religiosos, etc. Las habitaciones del norte estaban al servicio de los acontecimientos sociales (visitas, tocador de señoras, sala de los pasos perdidos, etc., Mientras que la parte sur se utilizaba para los propósitos de la familia, como el comedor o la sala de billar.
Es curioso el sistema que utilizó Gaudí para la construcción del órgano, obra de Aquilino Amezua, ya que los tubos por donde sale el aire llegan hasta dos pisos más arriba consiguiendo un gran efecto acústico
A través de la planta noble se accede a la terraza trasera del Palacio, un inmejorable mirador para descubrir la fachada posterior, presidida por una tribuna y unas celosías de madera de caoba ricamente decoradas.
Se ha podido recuperar e incorporar en el Palau una parte importante del mobiliario original, el comedor completo y otras piezas de la planta noble. Este mobiliario se adquirió a los marqueses de Sant Mori, que a su vez les llegaron a través de la boda de Francisco de Moxó y Sentmenat (hijo de los primeros marqueses de Sant Mori) y Francesca Güell y López (hija de los condes de Güell).
