Il chiostro del Bramante (1500-1504), costruito dal Bramante per il cardinale Oliviero Carafa. Rappresenta una delle opere più importanti del Rinascimento cinquecentesco e fu tra le prime opere romane progettate da Bramante dopo il periodo milanese.

La pianta quadrata è ottenuta attraverso la ripetizione di un modulo pari alla larghezza del portico, che dimensiona il vuoto centrale (4x4) e il refettorio adiacente (2x4). Lo spazio centrale è circondato da 16 pilastri (16 è un numero perfetto secondo Vitruvio) che formano un portico continuo di volte a crociera. In alzato è costituito da due ordini, proporzionati secondo la regola vitruviana, seguita poi tra gli altri da Leon Battista Alberti e dal Serlio, che vuole il secondo ordine diminuito in altezza di 1/4 rispetto al primo.

Il primo livello al piano terreno presenta un ordine di paraste ionico che sostiene una trabeazione con fregio continuo, propria dell'ordine, con una concatenazione di archi a tutto sesto impostati su alette, tipica dell'architettura classica romana.

Al secondo livello invece vi è un ordine di paraste pseudo-corinzio, che rigirano sui fianchi in corrispondenza delle alette del primo livello, con l'inserimento di colonne libere, dello stesso ordine, che raddoppiano il passo delle arcate sottostanti.

Il linguaggio severo, privo di ogni decorazione, differenzia profondamente questa dalle opere realizzate da Bramante durante il precedente periodo milanese, dove l'architetto urbinate aveva invece fatto ampio ricorso a decorazioni di gusto lombardo.

All'interno del portico le lunette sul muro di fondo sono affrescate con Storie della vita della Vergine, alle quali si aggiungono episodi legati alla chiesa e all'immagine miracolosa.