Fu costruita tra il 1475 e il 1481, all'epoca di papa
Sisto IV della Rovere, da cui prese il nome. Il progetto fu elaborato dall’architetto fiorentino
Baccio Pontelli.
Nel 1483
Sisto IV consacrò la nuova cappella dedicandola all'Assunta.
Giulio II della Rovere nipote di
Sisto IV, decise di modificarne in parte la decorazione, affidando nel 1508 l'incarico a
Michelangelo Buonarroti, il quale dipinse la volta, le lunette. L'ultima grande decorazione della cappella fu voluta da Clemente VII, che commissionò, sulla parete di fondo, ancora a Michelangelo, l'enorme affresco del Giudizio Universale (1535-1541).
Recentemente restaurata è conosciuta in tutto il mondo per essere stata decorata dagli affreschi di
Michelangelo Buonarroti, che riguardano sia la volta dal 1508 al 1512 sia la parete di fondo con il famoso Giudizio Universale posto sopra l'altare e realizzato dal 1535 al 1541.
Le pareti inoltre conservano una serie di affreschi di alcuni dei più grandi maestri italiani della seconda metà del Quattrocento: Sandro
Botticelli, Pietro Perugino, Pinturicchio, Domenico
Ghirlandaio,
Luca Signorelli, Piero di Cosimo e altri. Sul lato sinistro sono raffigurate scene della vita di Mosè sul lato destro quelli della vita di Cristo.