La chapelle constitue la pièce centrale de la tour de Louis de Foix par sa taille, par sa structure avec son extraordinaire coupole à caissons et par sa symbolique. Elle doit se comprendre dans le cadre du second projet de l’architecte proposé à Henri IV en 1594, comme un argument décisif pour obtenir l’agrément du monarque, à la légitimité encore très fragile à cette date. La chapelle monumentale est d’abord conçue comme une célébration de la monarchie et plus particulièrement comme une glorification des deux souverains fondateurs de la tour, Henri III, le roi martyr et surtout Henri IV, fraîchement converti, qui se doit de donner des gages de bon catholique. La place centrale de la chapelle prend ainsi une dimension très politique dans le contexte des guerres de Religion, instrument d’abord à la gloire de la monarchie. À partir de là, Louis de Foix a donné à la chapelle une dimension extraordinaire et une décoration surprenante par rapport au monument, d’abord une tour à feu. Première donnée, l’énorme coupole à caissons qui coiffe la chapelle, élément architectural de grande qualité dans la ligne des grands dômes des monuments de la Renaissance, « magnifique voûte de bellissime pierre » pour Chastillon. Elle s’ouvre en son sommet par un oculus laissant apercevoir à l’étage supérieur une couronne à fleurs de lys, « hardie et subtile pièce d’architecture », autre symbole de la célébration de la monarchie.
La chapelle elle-même présente une décoration dense et soignée mais essentiellement à la gloire des deux souverains (monogrammes des deux Henri…) mais aussi de Louis de Foix dont le buste et la longue inscription célébrant ses mérites constituent un autre élément central de la chapelle. La dimension religieuse est paradoxalement discrète et modeste dans la chapelle, avec un autel qualifié par le voyageur Godefroy « de nullement préparé ». Le culte y est assuré de manière épisodique par un chapelain avec, à partir du XIXe siècle puis tout récemment, un développement tardif de la dimension religieuse, entre les vitraux, les messes et le pèlerinage de Notre-Dame de Cordouan.
