Aus architektonischer Sicht ist dies einer der faszinierendsten Orte des Palastes. Er ist von der Galerie aus zu erreichen, die den Haupthof umgibt, der sich in der Mitte der Nordseite des Hauptgeschosses des Palastes befindet. Obwohl Ventura Rodriguez, Sachettis damaliger Assistent, ursprünglich einen anderen Entwurf vorgelegt hatte, entschied sich Ferdinand VI. schließlich für diesen. Die Kapelle wurde zwischen 1750 und 1759 erbaut. Ihr Grundriss ist entweder rund oder elliptisch, und ihre Kuppel ist halb-orangefarben. An jeder Ecke des Grundrisses steht eine einzelne schwarze Marmorsäule aus Maaria (Biskaya), mit Ausnahme des Atriums, das mit schwarzen Pilastern versehen ist, die den Marmor nachahmen. Insgesamt gibt es sechzehn solcher Säulen. Die Kapitelle dieser Säulen sind aus vergoldetem Stuck gefertigt. Der Hauptmarmoraltar befindet sich im Osten der Kapelle, der Evangelienaltar im Norden, die Orgel im Westen und das Atrium auf der Südseite. In der Nähe des Hochaltars, der sich auf der rechten Seite befindet, sind auf der Nordseite die königlichen Sitze aufgestellt.

Die Dekoration der Königlichen Kapelle wurde von dem Maler Corrado Giaquinto geplant und überwacht, der auch die Fresken in der Kapelle und im Atrium schuf. Felipe de Castro malte die Engel auf der Trommel. Ramón Bayeus Bild des Heiligen Michael, der die Dämonen besiegt, befindet sich auf dem Hauptaltar, und Mengs' letztes Werk, die Verkündigung, ist auf dem Evangelienaltar zu sehen. Der Baldachin und die Sitze des Herrschers wurden während der Herrschaft Ferdinands VI. aus weißem Satin mit Silberstickereien und farbiger Seide angefertigt. Die Orgel, die 1778 von Jorge Bosch Bernat erbaut wurde, gilt als ein wahres Meisterwerk. Die Kapelle beherbergt die Gebeine des Heiligen Felix, die als Wachsfigur in einem gläsernen Sarkophag ausgestellt sind.

Die Königliche Kapelle wurde in jüngster Zeit als Totenkapelle für Beerdigungen von Mitgliedern der spanischen Königsfamilie genutzt, darunter Don Juan de Borbón, Graf von Barcelona, im April 1993 und Mara de las Mercedes de Borbón-Dos Sicilias, Gräfin von Barcelona, im Januar 2000. Im November 2000 wurde in dieser Kapelle anlässlich des 25. Jahrestages der Krönung von Juan Carlos I. zum König von Spanien ein Te Deum aufgeführt.