Die Kapelle Nuestra Señora del Pilar ist ein unabhängiger Raum innerhalb der Basilika, der in die Gesamtheit der Kirchenschiffe integriert ist, aber eine eigene Größe und Gestaltung aufweist. Sie wurde zwischen 1750 und 1765 nach einem Entwurf von Ventura Rodríguez erbaut, der ein authentisches architektonisches Schmuckkästchen entwarf, um das Bild der Jungfrau hervorzuheben. Die Arbeiten wurden in einem klassizistischen Barockstil ausgeführt, bei dem ausgeschnittene Kuppeln, geschwungene Gesimse, Durchbrüche und eine Fülle von Marmorskulpturen und Medaillons kombiniert wurden.

Obwohl Ventura Rodríguez die Kapelle entwarf, besuchte er El Pilar nur zweimal und übertrug die Leitung der Arbeiten an José Ramírez de Arellano, der auch für die Skulpturengruppen im Inneren verantwortlich war. Die Kapelle wurde als Baldachin innerhalb der Kirche konzipiert und befindet sich unter dem zweiten Schiff des Mittelschiffs.

Ihr Grundriss hat die Form eines griechischen Kreuzes mit abgerundeten Spitzen und wird von einer elliptischen Kuppel bedeckt, die auf einem gewellten vierlappigen Gebälk ruht. Die Kuppel ist mit Öffnungen versehen, durch die natürliches Licht eindringen kann und die den Innenraum erstrahlen lassen. Das gesamte Ensemble ist mit reliefierten und freistehenden Skulpturen geschmückt, die einem Programm folgen, das darauf abzielt, die Nische der Jungfrau hervorzuheben, die etwas rechts von der Mittelachse liegt. Die Gestaltung verbindet Einflüsse der Architektur von Bernini und Borromini, des byzantinischen Stils, des Rokoko und der ersten Elemente des Neoklassizismus.