Baza capelei are o structură elipsoidală, urmând fundația circulară inițială pusă în vremea lui Ascanio Vitozzi. Pereții curbați sunt decorați cu marmură neagră Fabrosa, care contribuie la atmosfera sumbră și prezintă arcuri proeminente și pilaștri verticali. Pilastrii lui Guarini au capiteluri de ordin corintic care sunt înconjurate artistic de o coroană de spini și o floare a pasiunii în centru, unde trei cuie ies ca stigmatele unei flori reale. Podeaua este realizată din marmură încrustată dispusă în cercuri concentrice.

Domul capelei este precedat de tamburul trunchiat care se află deasupra pereților pentru room walls, ziduri for house/castle etc walls. Se compune din trei arce mari care creează luntre și pendențe în spațiile dintre ele. Fiecare lunetă și fiecare pandantiv are o fereastră circulară prin care intră lumina și luminează capela în lumina soarelui. Arcurile sunt gravate cu cuie ale Patimilor, iar pe lunetă sunt motive ale crucilor grecești și ale Ierusalimului și stele.

Al doilea nivel al tamburului prelungește baza domului, ducând înălțimea totală a structurii la un alt nivel. Baza este cea a unei pasarele inelare pe care sunt susținute ferestre înalte arcuite. Lumina din ferestre luminează toba și cupola de deasupra acesteia. Între arcade sunt nișe decorative. Deasupra lor se află motive geometrice care sunt de natură simbolică.

Cupola este probabil cea mai impresionantă parte a capelei. Compus din șase niveluri cu câte șase arce suprapuse, domul se înalță și culminează cu o stea aurie suspendată în vârf. Privit de jos, domul seamănă cu un model geometric aproape transcendental, format din șase hexagoane aliniate unul deasupra celuilalt, lumina divină revărsându-se prin crăpăturile ferestrelor.

În centrul capelei se află o platformă cu balustrade. Un altar realizat din marmură neagră și decorat cu lemn aurit este supraînălțat pe el de arhitectul și inginerul piemontez Antonio Bertola. Giulgiul din Torino a fost poziționat în centrul altarului și într-o carcasă de sticlă. Un grilaj auriu, aproape ca o cușcă, înconjoară carcasa. . Altarul este amplasat astfel încât să permită vederea relicvei din lateral. O mare parte din altar a fost distrusă în incendiu și a fost supusă unor restaurări intense.

În secolul al XIX-lea, monumente dedicate membrilor familiei Savoia au fost instalate în adânciturile pereților for room walls ai capelei. Figurile le includ pe cele ale primului duce de Savoia, Amadeus al VIII-lea, Emmanuel Philibert, Thomas de Savoia și Charles Emmanuel al II-lea, în timpul căruia a fost finalizată mare parte din capelă.