La sacristía de la iglesia de Nuestra Señora del Socorro es una pieza de singulares características. Espaciosa y despejada, de base aparentemente cuadrada, un tanto irregular, aunque no se percibe a simple vista, a no ser que se ponga atención. Sus dimensiones son de 10,23 x 9,74 m. Al parecer es la más grande de las sacristías de la ciudad, incluida la catedral. El techo es de bóveda esquifada de unos ocho metros de altura, unida a los cuatro muros laterales por una cornisa continua. Su estructura produce un curioso fenómeno acústico, de tal modo que, situándose en el centro, una palmada o la emisión de cualquier sonido produce un eco prolongado. El historiador agustino P. Jordán quedó impresionado al verla y hace una descripción muy ajustada a la realidad: «La sacristía es pieza tan magnífica que, sin exageración, excede a todas las de aquella ciudad, en grandeza, en hermosura y en claridad. Tiene un encajonado labrado de diferentes maderas y embutidos de extraña hermosura para los ornamentos».
Una colección de magníficos ornamentos se conservan en la cajonería, entre los que sobresalen dos ternos muy hermosos, uno blanco y otro rojo del pasado siglo. Comprenden casulla, dalmáticas, capa pluvial y paño de hombros. El blanco, bordado en plata y oro, lleva el escudo de la Orden por un lado, y el de los condes de España, donante del mismo, por el otro. El rojo, de fina tela, resalta igualmente por su rico bordado; en una cara se ve el Espíritu Santo con corona y en la otra el escudo de la Orden Agustiniana, de rasgos muy barrocos, con el capelo episcopal.
Encima de la cajonería, dentro de una vitrina de vidrio, se conserva una custodia de considerables dimensiones. Es una obra de orfebrería, muy bien realizada en el taller de los Sres. Insaura, orfebres de Barcelona, el 1857 o el 1858, de acuerdo al testimonio del P. Gonzalo Arnau, a la sazón vicario provincial de los agustinos exclaustrados y custos (rector) de la iglesia del Socorro.
En una vitrina se exponen una colección de vasos sagrados, de distintas épocas, todos con uso litúrgico.
En los muros de la sacristía cuelgan diversos lienzos provenientes del antiguo convento del Socorro y de la propia iglesia, en su mayoría de los siglos XVIII y XIX. Sobresale el retablo del Santo Cristo de la Sacristía, talla en madera policromada, de unos 90 cms., del hermano agustino Fr. Miguel Jordá, notable escultor, natural de Sineu, que profesó en el convento del Socorro en 1726 , donde murió en 1754.
También en la sacristía se expone la imagen del Santo Niño del Socorro, imagen de reciente adquisición, de madera tallada y policromada, proveniente de un taller de escultura de San Antonio de Ibarra (Ecuador), copia de un original que se conserva en el monasterio de MM. Agustinas de San Leandro de Sevilla. La imagen, de vestir, cuenta con una preciosa colección de vestes para los distintos tiempos litúrgicos, realizadas por las monjas agustinas y por colaboradoras de la iglesia del Socorro.