La Capilla de la Virgen se encuentra separada del resto de la nave por una reja moderna colocada en el año 1980. Ocupa la cabecera de la iglesia, presenta planta cuadrada y se cubre con cúpula semiesférica sobre pechinas, decoradas con pinturas murales realizadas por Francisco de Goya, abierta con linterna. Toda la zona inferior de los muros está recorrida por un arrimadero de cerámica de Muel.

Las pechinas de la cúpula de la Capilla de la Virgen están datadas hacia el 1770, poco después de la renovación de la construcción y, justo antes de que Francisco de Goya partiera a Italia.
Las cuatro pechinas están pintadas al óleo directamente sobre el muro. Se representaron las figuras de los Santos Padres de la Iglesia Occidental sobre fondo azul oscuro y una ambientación muy reducida; las figuras están dispuestas según un ritmo circular utilizando como nexo de unión a los ángeles que acompañan a San Jerónimo, San Gregorio Magno, San Ambrosio y San Agustín cuyas cabezas y piernas también permiten relacionarlas. El pintor utilizó una gama cromática reducida y trabajó, gracias a la técnica empleada, con rapidez de manera que la calidad de ejecución es muy variada.
En la pechina del lado del evangelio inmediato a la capilla mayor aparece representado San Jerónimo; en el lado de la epístola inmediato a la capilla mayor se sitúa San Gregorio Magno; la figura de San Ambrosio, en el lado izquierdo o lado del evangelio, frente a San Jerónimo, y San Agustín a la derecha o lado de la epístola.