Composto pela totalidade dos juízes do Tribunal de Justiça Militar em exercício, o Tribunal Pleno funciona em sessões plenárias. Previsto no art. 9 do Regimento Interno desta Corte, tem a competência jurisdicional de processar e julgar, originariamente, o Secretário-Chefe da Casa Militar e o Comandante Geral da Polícia Militar, nos crimes militares definidos em lei; os mandados de segurança e os habeas corpus contra atos do Presidente do Tribunal e de seus juízes; as revisões criminais e ações rescisórias de seus julgados; as correições parciais, nos feitos de sua competência ou no caso de representação do Corregedor Geral contra arquivamento irregular de inquérito ou processo; as reclamações e as dúvidas e conflitos de competência surgidos entre as Câmaras e as Auditorias. 

Compete-lhe, ainda, julgar os processos de conselho de justificação e os processos de representação para declaração de indignidade/incompatibilidade e de representação para perda de graduação; os embargos infringentes nas situações previstas neste Regimento; os embargos de declaração opostos a seus acórdãos; os agravos internos e regimentais em processos de sua competência; as arguições de impedimento ou suspeição de juízes do Tribunal; os incidentes de uniformização de jurisprudência; as apelações cíveis, ações rescisórias de sentença ou agravos de instrumento, processados perante as Câmaras do Tribunal, cujos julgamentos foram suspensos em razão da falta de unanimidade dos votos, nos casos previstos no art. 942, da Lei 13.105 de 16/03/2015 (Código de Processo Civil); os incidentes de arguição de inconstitucionalidade;  estabelecer, mediante avocatória, sua competência ou a das Câmaras, quando invadida por juiz de direito de primeira instância; executar as decisões criminais de sua competência originária e retificar as atas de suas sessões. 

Administrativamente, ao Pleno compete elaborar e aprovar o Regimento Interno, bem como modificá-lo e interpretá-lo, mediante assentos; eleger o Presidente e o Vice-Presidente, bem como o Corregedor Geral, dando-lhes posse e conhecendo da renúncia a esses cargos;  autorizar remoções internas de juízes de uma Câmara para outra; decidir sobre retificação de atas de suas sessões; homologar a convocação de juiz de direito da primeira instância para assessorar a Presidência; decidir pela convocação de juiz de direito da primeira instância para atuar como substituto na segunda instância;  julgar recurso administrativo contra as decisões do Presidente do Tribunal; aprovar ou modificar a proposta de orçamento do Tribunal; aprovar o encaminhamento de projetos de lei, de interesse da Justiça Militar estadual; organizar anualmente a lista de antiguidade de magistrados, bem como decidir quaisquer questionamentos apresentados pelos interessados; decidir os processos administrativos para a decretação da perda de cargo dos juízes de direito da primeira instância não vitalícios; decidir os processos administrativos que possam resultar na remoção dos juízes de direito da primeira instância e determinar, quando necessário, o afastamento de magistrado, nos casos permitidos em lei; instaurar e decidir os processos disciplinares contra magistrado e o afastamento preventivo da jurisdição; apreciar recursos contra penas disciplinares aplicadas pelo Presidente, pelo Corregedor Geral ou por juiz de direito da primeira instância; autorizar a realização de concurso para o provimento de cargos, bem como apreciar recursos contra decisão da comissão examinadora; examinar e solucionar questões administrativas apresentadas por qualquer de seus membros; organizar a Secretaria e os serviços auxiliares, provendo-lhes os cargos, na forma da lei; organizar, em sessão especial, mediante votação, a relação dos candidatos a serem indicados para nomeação ou promoção na forma da lei; apreciar os processos de Medalhas Valor Militar; processar e julgar a representação contra magistrado por excesso de prazo, prevista na lei processual civil; apreciar pedido de licença de magistrado para tratamento da própria saúde ou de pessoa da família; apreciar a indicação de pessoas para serem agraciadas com o Colar e a Medalha do Mérito Judiciário Militar; deliberar sobre o vitaliciamento ou a aposentadoria por invalidez de magistrado; decidir sobre os pedidos de licenças, férias e outros afastamentos, pleiteados pelos juízes do Tribunal; decidir sobre os pedidos de permuta e remoção pleiteados pelos magistrados de primeira instância; praticar os demais atos que decorram de sua competência, por força de lei ou deste Regimento e aprovar plano plurianual de gestão, com prazo de 5 (cinco) anos, suas alterações e os relatórios anuais de execução. 

Para mais informações, confira o Regimento Interno do TJMSP.