Der jetzige Grundriss geht auf Bischof Cisneros zurück, der unter Beibehaltung mehrerer vorhandener Baukörper die Umbauten im Auftrag gab. Mit der Umbettung der Alten Könige auf eine Seite scherf er Raum für die Erweiterung. In ihren ursprünglichen Grabstätten verblieben links König Alfonso VII. und rechts seine Söhne Sancho "der Ersehnte" (el Deseado) und Sancho "der Tapfere" (el Bravo). Der majestätische Altar aus goldüberzogenem und farbig bemaltem Holz, folgt einem Entwurf von Petit Jean.
Der Bau unter Leitung von Enrique Egas und Pedro de Gumiel dauerte sechs Jahre (1498 – 1504), an ihm arbeiteten bedeutende Bildhauer der damaligen Zeit wie Felipe de Bigarny, Diego Copín und Sebastián Almonacid. Vergoldung und Bemalung wurde von Francisco de Amberes und Juan de Borgoña ausgeführt. Das Retabel (Altarwerk) besteht aus drei Teilen, fünf übereinander abgestuften Passagen, zwei engeren Passagen an den Rändern, die wie Überzüge angeordnet sind, und einem prächtigen Sockel, der die Basis des Altars bildet. In der Mitte unterhalb des Altarwerks befindet sich das Tabernakel, ein großartiges filigranes Werk auf vergoldetem Holz. Das Atrium des Altarwerks stellt den Leidensweg Christi dar, umringt von einem Baldachin voller Sterne.
An der linken Seite der Kapelle befindet sich die Gruft des Kardinal Mendoza († 1495), eines der ersten Werke der spanischen Renaissance, das auf Doménico Fancelli zurückzuführen ist. Die Hauptkapelle ist durch eines der prachtvollsten Raumgitter der spanischen Renaissance abgetrennt, das von Francisco de Villalpando in einer Zeitspanne von 10 Jahren ausgeführt wurde. Die Kapelle ist geteilt in zwei Baukörper und fünf Passagen, umgeben von Waffen Karl V. und einem überwältigenden Kruzifix.
