La capilla de Nuestra Señora del Rosario es una de las siete que se sitúan en torno a la girola. Estas capillas fueron terminadas en el siglo XVII y siguen el mismo modelo constructivo: forma pentagonal y cierre con una compleja bóveda gótica de nervios que arrancan de ménsulas con capiteles jónicos. En cuanto a la arquitectura, es visible el buen trabajo realizado aquí por Rodrigo Gil de Hontañón.
De entrada, llama la atención un sencillo retablo y altar, que en el frontal lleva el anagrama de María. El retablo enmarca un óleo sobre lienzo de grandes dimensiones con el tema titular de la capilla. Resulta muy elegante el remate del retablo y del cuadro, formando un arco medio punto que da prestancia y engrandece, aún más, a las dos figuras centrales. El humilde armazón del retablo está rematado con una mitra y debajo las iniciales cruzadas del nombre del Obispo de Segovia en ese momento: Don Juan Francisco Jiménez.
El autor de la pintura es Ramón Bayeu, cuñado de Goya, quien trabajó como pintor en la Real Fábrica de Tapices de Santa Bárbara de Madrid. La obra presenta a la Virgen con túnica rosácea y manto azul, sentada sobre un trono de nubes sujetando al Niño, rodeados de nubes y ángeles. La Virgen, con su mano derecha, coge un rosario de la cesta que le ofrece uno de los ángeles, mientras el Niño lleva un rosario en cada mano, mostrándolos de forma ostensible. En este cuadro, Bayeu manifiesta un extraordinario dominio del color, mezclando tonos fríos con cálidos y consiguiendo una gran armonía cromática en la composición. Es muy interesante el intento de atraer al espectador y captar su atención mediante la mirada fija y penetrante de la Virgen y el Niño. Poco tiempo antes, el artista había realizado un cuadro con las mismas características para la iglesia de Trescasas (Segovia).
La pintura mural de las paredes y la bóveda se atribuyen al mismo pintor. Trabajando con una gran simetría, sitúa en la parte baja de las paredes grandes círculos, que reflejan la exaltación al rosario, con grupos de ángeles portando y mostrando rosarios y flores, inscritos en grandes rectángulos con bella decoración.
En la parte alta, menos visibles debido a su ubicación, resaltan dos escenas muy familiares: a la izquierda, la Virgen Niña leyendo junto a San Joaquín y Santa Ana, en un entorno ajardinado con bella balaustrada. A la derecha, aparece la Sagrada familia junto a Santa Isabel y San Juan Bautista, también en una escena campestre.
A ambos lados del retablo hay dos esculturas de madera, fechadas en el siglo XIX, que representan al Sagrado Corazón de Jesús y al Inmaculado Corazón de María, y dos puertas que hacen guardar la simetría: la de la derecha es meramente decorativa y la de la izquierda da acceso a la sacristía de la capilla.
En el suelo se encuentran dos laudas. En una de ellas está sepultada la venerable segoviana María Quintana (1684-1734) que, tras una vida azarosa, fue ejemplo de amor al Santísimo y servicio a los necesitados, llegando a hacerse un hueco en el corazón de los segovianos. En la pared se conserva un humilde retrato suyo donde puede leerse: “La venerable María del Santísimo Sacramento”. La otra lápida alberga el cuerpo de Francisco Benedicto Colodro, fallecido en 1746.
La reja que cierra la capilla es el único ejemplo de reja neoclásica de la importante rejería que atesora la Catedral. El académico Alfonso Rodríguez realizó la traza en el año 1795, conservada en el archivo catedralicio. Está asentada sobre un zócalo de granito y da una sensación de sencillez y simplicidad que la hace muy agradable a la vista del espectador.
