Kapellets base følger en ellipseformet struktur, der følger det oprindelige cirkulære fundament, der blev lagt i Ascanio Vitozzis tid. De buede vægge er dekoreret med sort Fabrosa-marmor, der bidrager til den dystre stemning og har fremtrædende buer og lodrette pilastre. Guarinis pilastre har kapitæler af den korintiske orden, som er kunstnerisk omkranset af en tornekrone og en passionsblomst i midten, hvor tre søm dukker op som stigmata fra en rigtig blomst. Gulvet er lavet af indlagt marmor arrangeret i koncentriske cirkler.

Forud for kapellets kuppel er den afstumpede tromme, der sidder oven på kapellets vægge. Den består af tre store buer, der skaber lunetter og pendentiver i mellemrummene. Hver lunette og pendentiv har et cirkulært vindue, hvorigennem der kommer lys ind og skyller kapellet i sollys. Buerne er indgraveret med nagler fra lidelseshistorien, og på lunetterne er der motiver af de græske og jerusalemske kors og stjerner.

Tromlens andet niveau forlænger kuplens base, hvilket bringer konstruktionens samlede højde op på endnu et niveau. Basen er en ringformet gangbro, hvor høje buede vinduer er understøttet. Lyset gennem vinduerne belyser trommen og kuplen over den. Mellem buerne er der dekorative nicher. Over dem er der geometriske motiver, som er symbolske af natur.

Kuplen er muligvis den mest imponerende del af kapellet. Kuplen består af seks niveauer med hver seks overlappende buer, tårner sig op og kulminerer i en svævende gylden stjerne på toppen. Når man ser på kuplen nedefra, ligner den et næsten transcendentalt geometrisk mønster af seks sekskanter på linje oven på hinanden, med guddommeligt lys, der strømmer ind gennem vinduesspalterne.

I midten af kapellet er der en platform med balustrade. Et alter lavet af sort marmor og dekoreret med forgyldt træ er opsat af den piemontesiske arkitekt og ingeniør Antonio Bertola. Ligklædet fra Torino var placeret midt på alteret og inde i en glasindkapsling. Et gyldent gitter, næsten som et bur, omgiver kabinettet. . Alteret er placeret, så det er muligt at se relikviet fra siderne. En stor del af alteret blev ødelagt i branden og har gennemgået en intens restaurering.

I det 19. århundrede blev der installeret monumenter dedikeret til medlemmerne af Savoy-familien i fordybningerne i kapellets buede vægge. Figurerne omfatter den første hertug af Savoyen, Amadeus VIII, Emmanuel Philibert, Thomas af Savoyen og Charles Emmanuel II, under hvem en stor del af kapellet blev færdiggjort.