La Basílica del Pilar cuenta con diversas capillas de gran valor artístico e histórico.

En el ángulo suroriental, la primera capilla a la derecha al entrar por la puerta baja fue mandada construir por el arzobispo Tomás Crespo de Agüero y destaca por su estilo tardobarroco boloñés con frescos alegóricos y un retablo con la imagen de San Juan Bautista atribuida a Gregorio de Mesa, además de lienzos de Pablo Félix Rabiella y Sánchez y posiblemente Jerónimo Lorieri; también alberga el popular Cristo del Pilar barroco andaluz del siglo XVII.

La capilla de Santa Ana conserva un retablo del siglo XIX con la imagen de Santa Ana con la Virgen y esculturas barrocas, junto a tablas renacentistas y un monumento funerario al general Manuel de Ena. La capilla de San José posee un retablo barroco del siglo XVII con añadidos neoclásicos y esculturas vinculadas a José Ramírez de Arellano, así como lienzos del mismo siglo.

La Sacristía Mayor, cerrada al público, guarda orfebrería desde el siglo XV, tapices, muebles antiguos, pinturas renacentistas y barrocas, y otros objetos valiosos. La capilla de San Antonio de Padua, construida en 1713 y decorada en 1755, destaca por su retablo de mármol y jaspe con esculturas policromadas y frescos que representan la glorificación del santo. La capilla de San Braulio, de estilo neobarroco del siglo XIX, contiene la imagen del santo junto con decoración pictórica y escultórica.

La capilla del Rosario alberga un retablo herreriano de circa 1601 con esculturas notables y tablas renacentistas y manieristas, además de pinturas barrocas. La capilla de San Agustín, conocida también como Parroquia del Pilar, conserva un retablo barroco tardío con esculturas de Juan Ramírez de Mejandre y una imagen titular de menor calidad. La capilla de San Pedro Arbués presenta un retablo del siglo XIX con relieve estucado y la imagen procesional del Cristo de la Expiración. La capilla de San Lorenzo conserva frescos barrocos de Francisco del Plano y un altar neoclásico diseñado por Ventura Rodríguez con esculturas académicas.

Finalmente, la capilla de San Joaquín cuenta con un retablo clasicista dorado del siglo XVIII, una imagen de San Joaquín con la Virgen niña y el sepulcro del duque de Montemar, héroe de campañas militares en Italia. Estas capillas combinan elementos barrocos, neoclásicos y renacentistas, y albergan importantes obras artísticas y funciones litúrgicas dentro de la basílica.