Les coupoles et les voûtes qui entourent et couronnent la Sainte Chapelle de la Basilique du Pilar sont décorées de fresques peintes à différentes étapes. En 1753, Antonio González Velázquez, après avoir suivi une formation à Rome, a peint la coupole elliptique de la Santa Capilla, représentant des scènes de la construction de la chapelle et de la venue de la Vierge, ainsi que des figures féminines bibliques sur les pendentifs. Son œuvre se distingue par l'influence du style rococo.

À partir de 1772, les travaux décoratifs reprennent avec l'intervention de Francisco de Goya, qui peint la voûte du Coreto avec l'Adoration du nom de Dieu et, plus tard, la coupole connue sous le nom de Regina Martirum. Cependant, son style libre ne convainc pas la salle capitulaire, ce qui provoque des tensions et conduit à l'écarter du projet. Francisco Bayeu, peintre de la cour, décora les voûtes Regina Sanctorum Omnium et Regina Angelorum, tandis que son frère Ramón réalisa trois autres coupoles avec les dédicaces Regina Virginum, Regina Patriarcharum et Regina Confessorum.

Dans la seconde moitié du XIXe siècle, après les dommages causés par la guerre d'indépendance, la décoration de la coupole principale s'est poursuivie. Bernardino Montañés dirigea le projet, qui comprenait des peintures du couronnement de la Vierge, des martyrs aragonais, des saints évêques et d'autres figures religieuses, œuvres de grands artistes aragonais tels que Marcelino de Unceta, Francisco Lana, Mariano Pescador et León Abadías. Ce dernier a également peint les évangélistes sur les pendentifs.

Au XXe siècle, Ramón Stolz a complété une partie de la décoration intérieure. En 1941, il peint la voûte de la tribune du chœur avec l'Allégorie de la musique et, en 1955, la coupole elliptique avec l'Allégorie du Rosaire. Il a également peint deux fresques sur les murs : le Miracle de Calanda et la Reddition de Grenade.