Le décor de la chapelle a été projeté dès la 2e moitié de la décennie 1540 : on sait en effet que le gros oeuvre de la chapelle est en place dès 1548 (datation par dendrochronologie du plancher situé au-dessus), et que Claude d'Urfé commanda le lambris destiné à en orner les murs, selon une disposition d'ensemble déjà arrêtée, la même année (il possédait déjà un premier tableau de marqueterie, inclus ensuite dans le lambris, daté de 1547). C'est au cours de l'ambassade dont il fut chargé auprès du Concile de Trente, en 1547-1548, à Trente puis à Bologne, que Claude d'Urfé a pu charger des artiste issus du milieu bolonais ou romain de réaliser divers éléments du décor (peintures, lambris). Le reste du décor semble au contraire dû à des ateliers français : la voûte, exécutée sur place, peut-être par des artistes débauchés du chantier de Fontainebleau, l'autel, les carreaux de pavement et les verrières, qui portent tous deux la date de 1557. L'ensemble du décor est centré sur le thème de l'amour divin dans lequel doit culminer l'amour terrestre (dont celui de Claude pour son épouse défunte), et dont l'expression la plus haute est le sacrifice du Christ dans l'eucharistie ; le programme rejoint ainsi les points réaffirmés par le Concile de Trente, l'unité de Dieu dans la Trinité (devise VNI : un seul Dieu, un seul amour) et sa présence dans l'eucharistie. A partir de 1872, ce programme décoratif résultant d'une conception unique et très élaborée est cependant arraché au gros oeuvre et vendu pour le compte du propriétaite, le banquier Verdolin, par l'antiquaire lyonnais Derriaz, relayé par l'antiquaire et collectionneur parisien Beurdeley. Différents collectionneurs se partagent ces dépouilles, en particulier Emile Peyre qui reconstitua partiellement (lambris, tableau d'autel, autel, fragment de pavement et peintures) la chapelle dans son hôtel du 126 avenue Malakoff à Paris. L'aspect original de l'intérieur est connu par deux tableaux du peintre turinois Giuseppe Uberti (étudiés), et par un photomontage de Félix Thiollier datant des années 1880-1886. Seule la voûte échappa au démontage. Depuis 1949, la société savante de la Diana s'efforce d'obtenir le retour à la Bastie des éléments de décor dispersés, grâce aux dépôts consentis par les musées de France ou aux achats réalisés avec l'aide du Conseil général de la Loire.