La capilla de San Ildefonso, situada, en la girola, está presidida por un retablo barroco clasicista del siglo XVIII. El relieve central del retablo representa a la Virgen María imponiendo, con ayuda de un ángel, la casulla a San Ildefonso como recompensa por ser un gran defensor de su virginidad. Es obra de Manuel Adeba Pacheco y está realizado en madera estucada en blanco.
Las pinturas datan de mediados del siglo XVIII y en ellas podemos ver varias representaciones del Santo: San Ildefonso dialogando con San Marcos, San Ildefonso ataviado con túnica, capa y tirara triple acabada en cruz, y motivos alusivos a San Ildefonso dentro de un gran círculo decorado con motivos vegetales.
Dos vitrinas completan la capilla. En una de ellas se encuentra un Ecce Homo que llegó a Segovia en el año 1907 por encargo del obispo don Julián Miranda Bistuer. La talla, de la escuela catalana, es de bulto redondo y en madera policromada. En ella vemos a Cristo semidesnudo, tapado con una capa roja y maniatado, con una corona de espinas. Fue adquirido como paso para las procesiones de Semana Santa.
En la otra vitrina hay varias piezas entre las que se encuentran otro Ecce Homo (en este caso, del siglo XVIII y de autor anónimo procedente de Nápoles, que representa a Cristo sentado y semidesnudo, sujetando una caña) y una escultura de la Virgen María a modo de dolorosa (data del siglo XVII, es de bulto redondo y sujeta en el pecho una espada, aludiendo a la profecía de Simeón que anuncia a la Virgen que un gran dolor atravesará su alma).
También hay dos cruces procesionales, una de ellas conocida como ‘Crucifijo de Jerusalén’ data del siglo XVII y está hecha en madera con incrustaciones en nácar. En el centro aparece representado Cristo Crucificado, en los brazos de la cruz se ven escenas del Vía Crucis, y en la peana se representa la Piedad alrededor de ángeles que portan elementos de la Pasión. La otra cruz es obra del platero segoviano Antonio Oquendo y data del año 1519. Los brazos son de cristal de roca.
La reja que cierra la capilla es del siglo XVIII. Está hecha en madera, decorada con pan de oro y coronada en el centro por un bastón, un báculo doble y la palma de los mártires, dejando dos mitras a cada lateral.
