Jej projektantem był sławny już wówczas Giorgio Vasari, autor Żywotów najsławniejszych malarzy, rzeźbiarzy i architektów (1550), ale przede wszystkim malarz i architekt florencki, który pozyskał to zlecenie od nowo wybranego papieża Juliusza III. Ten pragnął oddać hołd swym przodkom, ale też stworzyć miejsce świadczące o wielkości pochodzącego z miejscowości Monte San Savino rodu – w gruncie rzeczy skromnej toskańskiej szlachty. Ambitny papież pragnął wynieść go na wyżyny arystokracji rzymskiej i obdarzyć renomą porównywalną do tej, którą cieszył się ród Farnese – równie mało znaczący przed objęciem stolca Piotrowego przez jej najważniejszego przedstawiciela – dopiero co zmarłego Pawła III. Kaplica musiała być przeto monumentalna, ale też doskonała w stylu i wykonana z pierwszorzędnych materiałów. Zapewne najlepiej byłoby powierzyć jej stworzenie samemu Michałowi Aniołowi, ale ten – zajęty rozlicznymi projektami – odmówił, oferując jednak pomoc merytoryczną. Zadanie przypadło Vasariemu, który musiał szybko skompletować zespół, a przede wszystkim znaleźć głównego rzeźbiarza, gotowego sprostać wyzwaniu. Jego wybór padł na Bartolomea Ammannatiego, choć niektórzy twierdzą, że dokonał go sam Michał Anioł, który od początku kontrolował zamysły Vasariego – swego ucznia i największego apologety, o czym zaświadczają też jego Żywoty...

Vasari zaprojektował półokrągłą kaplicę, której centrum miał zająć obraz (wykonany jego ręką), flankowany dwiema kolumnami podtrzymującymi masywny tympanon. Po bokach ulokowane zostały sarkofagi przedstawicieli rodu del Monte. Nad nimi znajdowały się zatopione w ścianie i zdobione podobnymi tympanonami nisze, w których ustawiono posągi alegorii. 

Ammannati, któremu przypadło stworzenie głównych elementów rzeźbiarskich kaplicy, nie był znany w Rzymie. Z powodzeniem pracował w różnych włoskich miastach, we Florencji zaś wykonał (1542) szeroko komentowany nagrobek Mario Narego w kościele Santissima Annunziata, który przyniósł mu zarówno pochwały, jak i problemy dość delikatnej natury. Ukazał bowiem zmarłego jako poległego żołnierza, podczas gdy ten zginął w pojedynku, który sam wywołał, co spotkało się ze zdecydowaną krytyką.

W kaplicy kościoła San Pietro in Montorio uwiecznieni zostali dwaj znaczący przedstawiciele rodu Ciocchi del Monte – wuj i dziadek papieża. Posągi zmarłych, przedstawiające ich w pozycji na wpół leżącej, spoczywają na sarkofagach naprzeciw siebie. Pierwszy z nich (po lewej) to kardynał Antonio Maria Ciocchi del Monte, ukazany w zamyślonej pozie, z pochyloną głową. Powyżej widnieje alegoria Religii, której poświęcił się ten wpływowy prawnik na dworze papieży Juliusza II i Klemensa VII. Drugi posąg – Fabiana del Monte (po prawej) – wydaje się bardziej surowy, ale i on prezentuje doskonałość wykonania i perfekcję w ujęciu głowy i rąk zmarłego. Nad nim widnieje alegoria Sprawiedliwości, jako że i on zajmował się prawem. Obie rzeźby zdradzają fascynację ich twórcy sztuką antyku, ale też dokonaniami wielkiego Michała Anioła. Są pełne swobody, wyzbyte zbędnych szczegółów i skoncentrowane na charakterach i emocjach postaci. Za namową Michała Anioła zostały one wykonane z najlepszego białego marmuru sprowadzonego z Carrary. Ammannati osobiście się tam wybrał, aby znaleźć cztery bloki duże i inne, mniejsze, potrzebne do stworzenia balustrady, która od razu rzuca się w tym miejscu w oczy. Tworzą ją pary putt ustawionych między kolorowymi marmurowymi tralkami.

Środkową część kaplicy zajmuje obraz Vasariego pt. Nawrócenie św. Pawła. Uderza w nim nie tylko taneczne upozowanie postaci, szczególnie tych przemykających pomiędzy arkadami w tle, ale też interesująca ikonografia. Malarz zrezygnował z typowego przedstawienia św. Pawła w momencie upadku z konia. Opowiada nam historię skruszonego żydowskiego faryzeusza, jeszcze niedawno prześladowcy chrześcijan, który – nawrócony na nową wiarę – przyjmuje chrzest w Damaszku. Samego Vasariego dostrzec możemy w malowidle po lewej stronie – ma brodę, czarne odzienie i uważnie na nas spogląda, jakby zaciekawiony naszą reakcją na obraz, ale też na zaprojektowaną przez niego kaplicę.

Prace rzeźbiarskie wykonano już w 1552 roku, pozostało ustawić obraz i wykończyć sklepienie kopuły bogatymi sztukateriami – emblematami z herbem del Monte, festonami i innymi elementami dekoracyjnymi. Vasari żywił obawy, że jego dzieło może wyglądać zbyt skromnie, co zapewne nie było w guście epoki, ale przede wszystkim mogło nie spodobać się samemu papieżowi, oczekującemu pompy i bogactwa. To Michał Anioł powstrzymał go od użycia nadmiaru elementów zdobniczych. Florencka tradycja i umiar zatriumfowały w stylu wzniosłym i eleganckim, ale i powściągliwym. Ammannati niewątpliwie nawiązał do swego nieszczęsnego florenckiego dzieła (nagrobek Norego), rozwijając je jednak i nadając wyrzeźbionym postaciom charyzmę. Kaplica ta w decydujący sposób przyspieszyła rozwój jego kariery, wprowadzając go niecałą dekadę później na szczyty sławy.

Zachował się oryginał kontraktu zawartego między papieżem a Vasarim, w którym ujęty został termin realizacji kaplicy – 30 miesięcy, jak również liczba rzeźb oraz materiał, z jakiego miały być wykonane. Zapisano także cenę – 4070 skudów w złocie, co stanowiło w tym czasie równowartość kamienicy miejskiej. Jak się wydaje, była to bardzo dobra, choć zapewne nie najtańsza inwestycja papieża Juliusza III.