Accessible par le cloître du 14e s. et intégré à l'église, ce petit édifice, l'une des plus exquises réussites attribuées à Brunelleschi, fut construit pour les Pazzi, les grands rivaux des Médicis. L'artiste y travailla jusqu'en 1445, mais la chapelle ne fut achevée que vers 1460, bien après sa mort survenue en 1446. À l'intérieur, Brunelleschi a porté à la perfection son idéal d'architecture déjà exprimé à San Lorenzo. Le cloître donne par ailleurs accès au musée de l'OEuvre de Santa Croce.