Rientrando nell'aula della chiesa e dirigendosi verso l'entrata, in fondo, prima del tempietto marmoreo che incornicia l'immagine miracolosa, è la ricchissima Cappella Feroni, splendida opera di architettura e scultura barocca dovuta a Giovanbattista Foggini, che la ideò nel 1692.

Di grande effetto teatrale è la volta e la soluzione della finestra, che costituisce un punto di luce a modo di riflettore. La tela dell'altare raffigurante la morte di S. Giuseppe è opera del pittore bavarese attivo a Venezia Johan Carl Loth.
Nel 1447 fu iniziato il tempietto marmoreo rinascimentale per evidenziare il miracoloso affresco, attorno al quale si è poi sviluppata questa chiesa. Il Tempietto ebbe in età Barocca un ricchissimo e complicato coronamento.
Quanto all'affresco, esso è un'opera trecentesca molto ritoccata e restaurata. La leggenda vuole, invece, che il dipinto sia un'opera duecentesca, di un frate di nome Bartolomeo, che si fermò al momento di ideare e colorire la testa della Madonna; egli pregò intensamente per poter essere degno di raffigurare il volto della Madre di Gesù. Pregando si addormentò; al risveglio un angelo aveva completato la figura.
Si noti la cornice argentea che inquadra la venerata immagine e il paliotto, anch'esso in argento, posto sul davanti dell'altare. Gli stemmi di casa Medici indicano che questo luogo di culto fu particolarmente protetto dai Granduchi appartenenti a questa famiglia.