Nel rosone centrale del soffitto dell’atrio è riportata un’iscrizione ottocentesca a caratteri dorati, con il nome di Perino del Vaga, la data 1530 e il nome di Annibale Angelini, il restauratore che eseguì importanti lavori di recupero dell’impianto rinascimentale intorno alla metà del XIX secolo. Nel grande riquadro centrale della volta, sono visibili quattro rettangoli con Scene di trionfo. Tre di questi raffigurano i cortei del generale romano Lucio Emilio Paolo, noto per aver liberato la Liguria dall’occupazione dei Galli.
L’episodio allude esplicitamente all’impresa compiuta nel 1528 da Andrea Doria, che scacciò i Francesi da Genova.Nel quarto riquadro, vicino all’arco dello scalone, è invece rappresentato il Trionfo di Bacco in India. Sulle pareti sono murati bassorilievi scolpiti negli anni Quaranta del Cinquecento dallo scultore fiorentino Montorsoli, raffiguranti trofei d’armi all’antica retti da coppie di putti, originariamente posti nella chiesa gentilizia della famiglia. Sono inoltre collocati nell’atrio due sarcofagi romani del II e del III secolo dopo Cristo. Ai lati dei due portoni di ingresso sono state sistemate quattro fontane originariamente disposte simmetricamente agli angoli del giardino meridionale e sormontate da statue raffiguranti le stagioni.
Il primo sarcofago fu trasferito nel Palazzo Doria dal borgo di San Fruttuoso di Capodimonte. E’ il più antico dei due e presenta la leggenda omerica di Achille a Sciro, dove l’eroe venne convinto dalla madre a indossare abiti femminili per sfuggire alla guerra di Troia e alla morte. Il manufatto, di poco anteriore al 200 dopo Cristo, è stato per molti anni utilizzato come abbeveratoio per animali perciò si trova in uno stato di conservazione non ottimale.
Il secondo sarcofago, che risale alla metà del III secolo dopo Cristo, è invece caratterizzato da una complessa decorazione di pregevole fattura. Vi sono rappresentati episodi del mito di Diana, narrato da Saffo e ripreso dai poeti alessandrini, secondo il quale la dea della Luna, innamorata di un bellissimo pastore, si recava ogni notte a contemplarlo mentre era immerso nel sonno. Nel rilievo del sarcofago si scorge a sinistra la figura del pastore, cui Hypnos, dio del sonno, versa sul capo del succo di papavero mentre Diana discende dal carro.