La prima cappella a destra è detta Chigi, poiché commissionata da Agostino Chigi, il banchiere del papa. L'architettura è attribuita a Raffaello, che eseguì anche l'affresco sull'arcone delle Sibille e angeli (1514). Gli affreschi superiori con i quattro Profeti (Abacuc e Giona a sinistra, David e Daniele a destra) furono realizzati da Timoteo Viti dopo la morte di Raffaello, su disegno del maestro. Il corredo scultoreo è dominato dall'altorilievo con Cristo trasportato dagli angeli sull'altare, opera bronzea di Cosimo Fancelli, autore anche dei due santi laterali in collaborazione con Ercole Ferrata: Santa Caterina e San Bernardino.

La seconda cappella (la cappella Cesi) fu progettata da Antonio da Sangallo il Giovane ed ha una decorazione rinascimentale sull'arcata esterna, opera di Simone Mosca, e due affreschi, la Creazione di Eva ed il Peccato originale di Rosso Fiorentino. Le statue nelle nicchie, coi Santi Pietro e Paolo sono di Vincenzo de' Rossi, che scolpì anche gli altorilievi ai lati dell'arco (Profeti e angeli), nonché le figure dei dormienti sulle tombe di Angelo Cesi e della moglie Francesca Carduli Cesi (1550-1560 circa). Le sfingi invece sono attribuite a Simone Mosca. Per l'altare Carlo Cesi dipinse una Sacra Famiglia con sant'Anna.

La prima cappella sulla sinistra (Cappella Ponzetti) ha dei notevole affreschi rinascimentali di Baldassarre Peruzzi, che è più noto come architetto: egli dipinse sull'altare la Madonna col bambino tra le sante Brigida e Caterina e il cardinale Ferdinando Ponzetti (1516), nonché le Storie bibliche nel catino absidale. Qui si trovano anche due monumenti funebri della famiglia Ponzetti, databili al 1505 e il 1509.

La seconda cappella a sinistra (Cappella Mignanelli) ha dei marmi presi dal Tempio di Giove Capitolino. Sull'altare la Madonna in gloria tra i santi Ubaldoe Girolamo è di Marcello Venusti, mentre la lunetta esterna mostra la Cacciata dal Paradiso terrestre e la Famiglia di Adamo di Filippo Lauri (1657).

La tribuna ottagona venne disegnata pure dal Sangallo e ornata da stucchi disegnati da Pietro da Cortona. Nel tamburo si aprono una serie di cappelle affrescate, sopra le quali si trovano delle tele: da destra Visitazione di Carlo Maratta (1655), Presentazione al Tempio di Baldassarre Peruzzi (1524), Nascita della Vergine di Raffaello Vanni e Transito della Vergine di Giovanni Maria Morandi. La prima cappella a destra dell'altare (Olgiati), ha un Battesimo di Gesù di Orazio Gentileschi (1607), mentre quella a sinistra un Crocifisso quattrocentesco e un altare marmoreo dorato e dipinto della scuola di Andrea Bregno (1490 circa), donato da Innocenzo III. La Natività e l'Annunciazione sono del Passignano, mentre la decorazione della volta e del catino absidale è di Francesco Albani (1612-14) e le Sante nel sottarco di Lavinia Fontana (1611-1614). In un'altra cappella a sinistra anche l'Adorazione dei pastori del Sermoneta.