La cubierta se perfora en transparentes que dejan pasar la luz y se adorna todo el conjunto con esculturas exentas en las cornisas y grupos escultóricos en relieve según un programa que incluye la necesidad de realzar la camarilla de la Virgen, situada fuera del eje a la derecha del espectador.

Todo el conjunto recibe ornamentación de relieves escultóricos y estatuas exentas.

Para ello, Ventura Rodríguez dispuso todo un complejo programa iconográfico escultórico en el muro cerrado del presbiterio que dirigiera la atención del espectador hacia el nicho sagrado.

En las caras internas de la Santa Capilla también aparecen medallones con relieves en mármol blanco.

El recinto, cuya capilla original, según sostiene la tradición, fundara el apóstol Santiago, se mantuvo según testimonio de Aimoino del siglo IX como templo mozárabe durante la dominación musulmana en la misma localización que ocupa en la actualidad.

En 1435 un incendio destruye la Santa Capilla altomedieval y produce graves daños en el edificio del templo anejo.

La panda del sur daba a la iglesia de Santa María la Mayor, y la oeste se abría al exterior.

Los fieles tenían a su disposición también en aquel tiempo una capillita al otro lado del muro, en el exterior, para besar la columna, como sucede, de modo similar, en la actualidad.

Se alojaba en un dosel de plata desde el siglo XVII y estaba adornada, como hoy, con coronas, halos y mantos, que en aquel tiempo solo dejaban al descubierto el busto.

Existía también en la minúscula capillita una mesa de altar que no se utilizaba.

Al interior del recinto se podía acceder a través del claustro, o mediante una pequeña puerta abierta en el muro occidental, cerca de la capilla de la Virgen.

La capilla de la Virgen contenía un excelente cimborrio labrado, un retablo de alabastro (como se mencionó arriba) y dos pinturas o sargas góticas, que hoy se conservan en el Museo del Pilar.

Existe una planta y sección de hacia 1732 a todo color (Archivo del Pilar) que muestra un templete rococó con cúpula y linterna calada —y que tiene muchas de las características del que luego diseñaría Ventura Rodríguez, aunque mucho más recargado de decoración de rocalla y otros elementos del estilo galante—, que se atribuye a Domingo Yarza.

Hubo posteriores intervenciones en el proyecto de artistas como Miguel Lorieri en 1732 o Pablo Diego Ibáñez en 1737.

El cabildo catedralicio, en tanto, contactó con Filippo Juvarra para pedir su opinión sobre una maqueta de madera de 1735 que daba cuenta del estado del proyecto, e incluso, en 1748, un maestro arquitecto del rey (probablemente Sachetti), había acudido a Zaragoza a tomar medidas de la Santa Capilla.

Por fin, en 1750, acude Ventura Rodríguez a la ciudad del Ebro, para diseñar in situ el proyecto que acabaría ejecutándose.

El patrocinio e intendencia corrió a cargo de Francisco Ignacio Añoa y Busto que, muerto un año antes de finalizar la obra, no pudo ver su reforma concluida.