[9]​ La construcción de la Capilla Real se prolongó durante casi un siglo, y en 1489 el cabildo catedralicio mantuvo conversaciones con el maestro de obras Alonso Rodríguez sobre el tipo de material que se debería emplear para construir la Capilla Real, cuyas obras aún no habían comenzado.

[10]​ La construcción comenzó tras encargar la edificación, mediante subasta pública, a Martín de Gainza, quien elaboró unas nuevas trazas y condiciones para la construcción, y este arquitecto dirigió las obras en la Capilla Real hasta el momento de su defunción, ocurrida en 1556.

[10]​ Pero en el momento de su muerte, solamente se habían edificado los muros perimetrales y la venera del presbiterio, y además para entonces se habían detectado algunos problemas en la cimentación de la obra.

[1]​ La reja que cierra el paso a la Capilla Real fue diseñada en 1766 por Sebastián Van der Borcht, y fue costeada por el rey Carlos III de España, como indica la inscripción situada en la parte superior de la reja, en donde también aparece inscrito el año en que la reja fue colocada en la Capilla Real, «1773».

El retablo que preside la Capilla Real fue realizado por el ensamblador Luis Ortiz de Vargas entre 1643 y 1649, y en su hornacina central se encuentra la imagen de la Virgen de los Reyes, mientras que en los laterales del retablo están colocadas las imágenes de San Joaquín y Santa Ana, que fueron ejecutadas en el mismo periodo en que se realizó el retablo.

[12]​ En la capilla izquierda está colocado un retablo realizado por Juan de Torres en 1648 en el que se encuentra colocada una imagen del Ecce Homo realizada por Francisco Terrili y frente al retablo se encuentra colocada una vitrina en la que se muestran diversas piezas de platería, destacando entre ellas varios cálices y bandejas de diferentes periodos.

[17]​ La estatua orante que representa a Alfonso X es obra de los escultores Antonio Cano y Carmen Jiménez.

[16]​[3]​ El primer cuerpo contiene la urna donde reposan los restos mortales de Alfonso X,[3]​ en cuyo frontal se encuentra una cartela donde puede leerse la inscripción: «Alfonso X el Sabio».

Y sobre la urna está colocada la estatua orante que representa al monarca, que aparece cubierto por un manto real, coronado con corona de bronce, y arrodillado ante un reclinatorio.

[18]​[2]​ A los lados de la urna que contiene los restos mortales de San Fernando se abren sendas escaleras que comunican la Capilla Real con la cripta situada bajo ella, y en un pequeño altar colocado en ella se halla la imagen de la Virgen de las Batallas, tallada en marfil y que según la tradición fue llevada por el rey Fernando III el Santo durante sus campañas militares, siendo realizada dicha imagen en el siglo XIII y manifestando una clara influencia francesa.