La cappella, affacciata sul cortile interno del palazzo, è collocata nel cosiddetto Quartiere d’estate del palazzo, costruito alla fine del Settecento per volontà dell’arcivescovo Angelo Franceschi (1735-1806). La posizione appartata dell’ambiente rispetto alle altre sale della visita sottolinea la sua funzione privata, a differenza di quella pubblica svolta dalla storica cappella dei Santi Efisio e Potito.

Si accede all’interno attraversando un portale in marmo con lo stemma dell’arcivescovo Franceschi di Iacopo Antonio Casoni (il 30 marzo 1781 viene pagato per valuta di marmi e per aver svolto alcuni lavori alla cappella)  e un portone in legno riccamente intagliato da Bernardo Mazzoni nel 1783 (ASDP, Mensa arcivescovile, Debitori e creditori, n. 29, c. 75 e c. 31, 6 marzo 1783).

Come altre sale del palazzo, anche questo ambiente è il frutto di un’illusione artistica: il pavimento, in cotto, è dipinto a finto marmo; le pareti laterali sono decorate da finte nicchie ospitanti finte statue, da colonne e cornici architettoniche fittizie, da un dossale d’altare immaginario.

Per l’altare Giuseppe Melani realizzò il dipinto murale di San Francesco in venerazione della Madonna col Bambino (1782), incorniciata da un’architettura monocroma, opera di Mattia Tarocchi (ASDP, Mensa arcivescovile, Entrate e uscite, n. 64, p. 299), mentre sulla volta Giovan Battista Tempesti raffigurò nel 1782 San Ranieri che invoca la protezione della Vergine su Pisa (ASDP, Mensa arcivescovile, Debitori e creditori, n. 29, c. 31). Sempre al Tempesti si devono le due statue dipinte, San Pietro e un Santo vescovo, per le quali ricevette un compenso il primo agosto 1782 (ASDP, Mensa arcivescovile, Entrate e uscite, n. 64, p. 288).