La Capilla de Nuestra Señora del Pilar es un espacio independiente dentro de la Basílica, integrado en el conjunto de las naves pero con una escala y diseño propios. Fue construida entre 1750 y 1765 siguiendo el proyecto de Ventura Rodríguez, quien ideó un auténtico joyero arquitectónico para realzar la imagen de la Virgen. La obra se realizó en estilo barroco clasicista, combinando cúpulas recortadas, entablamentos curvados, rompimientos de gloria, y abundantes esculturas y medallones de mármol.

Aunque Ventura Rodríguez diseñó la capilla, solo visitó El Pilar en dos ocasiones, por lo que delegó la dirección de las obras en José Ramírez de Arellano, responsable también de los grupos escultóricos del interior. La capilla se concibió como un baldaquino dentro del templo y se sitúa bajo el segundo tramo de la nave central.

Su planta tiene forma de cruz griega con remates redondeados y está cubierta por una cúpula elíptica que descansa sobre un entablamento ondulado de cuatro lóbulos. La cúpula está perforada con aberturas que permiten la entrada de luz natural, creando un efecto luminoso sobre el interior. Todo el conjunto se adorna con esculturas en relieve y exentas, siguiendo un programa que busca resaltar la camarilla de la Virgen, ubicada ligeramente desviada hacia la derecha respecto al eje central. El diseño combina influencias de la arquitectura de Bernini y Borromini, el estilo bizantino, el rococó y los primeros elementos del neoclasicismo.