La cappella del Santo Sepolcro è il fulcro devozionale del complesso, ed è composta da due volumi, uno a base quadrata e uno circolare, corrispondenti a un vestibolo e alla camera sepolcrale. Il modello è l’Edicola del Sepolcro della basilica di Gerusalemme, così come ripreso da molte altre costruzioni tra ‘400 e ‘500 ispirate allo stesso tema.

All’interno, il visitatore è accolto dalle statue della Maddalena con il vasetto dell’unguento e di Sant’Elena, cui la tradizione attribuisce il ritrovamento del legno della Croce. Una piccola apertura che costringe ad abbassarsi dà accesso allo spazio angusto del sepolcro, dove un sarcofago accoglie la statua non dipinta del Cristo defunto, irrigidito in maniera assai verosimile, e un vivace affresco raffigura la Deposizione. La statua di Sant’Elena, madre dell’Imperatore Costantino, è stata collocata qui in un secondo tempo, provenendo da una cappella ad essa dedicata ma andata perduta.