Kaplicę wzniesiono w latach 1615–1622 z fundacji Henryka Firleja, bpa łuckiego, następnie płockiego, późniejszego prymasa. W 1630 roku ukończono stiukową dekorację kaplicy. Projektantem i budowniczym był zapewne Jan Wolff, rzeźbiarz, murator i sztukator zatrudniany przez Firlejów i Zamoyskich.
Celem powstania kaplicy była chęć zapewnienia odpowiedniej oprawy dla przechowywanej w lubelskim kościele relikwii Krzyża Świętego, a zarazem stworzenie grobowej kaplicy dla dwóch antenatów fundatora: pradziada Mikołaja i dziada Piotra, których nagrobek, wykonany kilkadziesiąt lat wcześniej, umieszczono w południowej ścianie kaplicy.
Kaplica zamyka nawę południową kościoła i zarazem przylega do południowej ściany prezbiterium. Budowla wzniesiona na planie kwadratu, o zaokrąglonych narożach wewnętrznych, przekryta kopułą z latarnią. Elewacje wewnętrzne opięte w narożnikach parami smukłych, wysokich pilastrów korynckich o żłobkowanych trzonach, na wysokich piedestałach. Sklepienie i wnętrze latarni pokryte jest sztukateriami przypisywanymi Janowi Wolffowi, składającymi się z listwowej osnowy, w której rozmieszczono dekoracyjne plakiety.
Wczesnobarokowy ołtarz w kaplicy mieści obecnie relikwiarz z partykułą Drzewa Krzyża Świętego.
Za