Wyodrębniona architektonicznie kaplica katedralna, dawniej zwana również Fundatorską i Pańską. Konsekrowana została w 1637 p.w. Przemienienia Pańskiego (obrał je Jan Zamoyski na cześć pierwszego zwycięstwa - zdobycia Wieliża 6 VIII 1580 - które otwarło mu drogę do hetmaństwa). W XIX w. i na pocz. XX w. była p.w. Trójcy Św. Dla podkreślenia szczególnego charakteru, ok. 1635 otrzymała wspaniałe barokowe sztukaterie, które dotąd uchodziły za dzieło Włocha Falconiego (Rzeźbiarze dawniej). Klasztorno-lunetowe sklepienia pokrywają złocone, bujne, soczyste dekoracje, które tworzą połączone festonami owoców i wstęgami kartusze (niegdyś wypełnione scenami biblijnym (Stworzenie Świata, Potop, Sąd Ostateczny), herbami i sentencjami). W narożach obok 8 pęków zbroi przedstawionych jest 8 geniuszy z płonącymi pochodniami.
Od 1 I 1624 w kaplicy znajdował się kontrastująca ze sklepieniem i powściągliwa w wyrazie - najstarszy znany zabytek z czarnego marmuru (wł. wapienia) dębnickiego - płyta nagrobna Jana Zamoyskiego, z łac. napisem Tu leży... (błędna data śmierci). Dekoracja z brązu przedstawia czterodzielną tarczę herbową (Jelita, Suchekomnaty, Herburt, Bończa), skrzyżowaną pieczęć i buławę oraz 16 wiązek broni i zbroi. Jeszcze w XIX w. płytę przykrywano zielonym aksamitem ze złoconymi inicjałami JZ. Na pocz. XIX w. zamierzano usunąć nagrobek, a przez duży, owalny otwór otoczony zdobną balustradą miał być widoczny w krypcie nowy marmurowy sarkofag.
Obecny ołtarz jest czwartym z kolei. Pierwszy biały z drewna misternej roboty, z tabernakulum w kształcie serca z wyrytą Wieczerzą Pańską, był dziełem wybitnego rzeźbiarza flamandzkiego Wilhelma van den Blocka. Kolejne wystawiono w 1778 i 1824.
W 1869-71 przeprowadzono gruntowny remont kaplicy, przeprowadzony na zlecenie ordynata przez architekta i konserwatora Bolesława Podczaszyńskiego. Ołtarz z 4 alabastrowymi figurami Ewangelistów i oryginalnym, czarnym tabernakulum, zastąpił obecny - o empirowych cechach (prześliczne cyborium hebanowe srebrem nabijane p. Nekamowicz, rzeźby i gipsatury p. Ciszewski, bogate i pełne artystycznego gustu roboty pozłotnicze p. Druchliński), z nowymi obrazami Rafała Hadziewicza. Podobnie jak i umieszczone na ścianie 2 portrety ordynatów zamówione zostały u znanych polskich malarzy (Obrazy katedralne). W kaplicy stanęły również okazałe neobarokowe, dębowe stalle kolatorskie (w ich zapleckach znalazły się brązowe epitafia z herbami i imionami pochowanych pod kaplica - I, II, IV i X ordynata). Ściany  kaplicy wyłożono różnobarwnym stiukiem doskonale  naśladującym włoskie i krajowe marmury. Do piękniejszych ozdób należy okno kaplicy, arcydzieło sztuki szklarskiej, wyrobione w różnokolorowe wzory z herbami ordynatów proj. B. Podczaszyńskiego, z pracowni Bystrzonowskiego. W VII 1944 wybuch pocisku artyleryjskiego pozbawił okna kaplicy witraży.
W 1892 stanął w kaplicy nagrobek Tomasza Franciszka Zamoyskiego, ordynata, któremu zawdzięczała w całości to nowe, znane obecne wyposażenie.  Wejście do kaplicy zamyka neorenesansowa, żelazna krata, w gustowne wzory, m.in. z włóczniami Zamoyskich, proj. Jana Heuricha st. z Warszawy, z tamtejszej fabryki Rudzkiego (1870).
W 1994 umieszczono w niej urny z ziemią z Katynia i Monte Cassino. W 1955 remontowana, a w 2008-2009 gruntownie odrestaurowana (konserwator Maciej Filip).
W kaplicy po obu stronach znajdowały się jeszcze dwa małe ołtarzyki. Już w 1671 wymieniany był MB Loretańskiej z obrazem wiele łask odbierającym, z sukienkami i wotami, 15 złotymi obrączkami. W 1727 po stronie epistoły był ołtarz św. Kazimierza. Dawniej do kaplicy należały także osobne, bogate sprzęty i szaty liturgiczne, a ściany okrywał karmazynowy i żółty aksamit z herbami. Wisiało też wiele portretów ordynatów.


 * Z testamentu Jana Zamoyskiego - Przed ołtarzem niech będzie wybudowana krypta mojego grobowca, nakryta czarnym marmurem, ozdobiona moimi insygniami i odznakami władzy wojskowej oraz podobizną pieczęci królestwa, bez innych dodatkowych ozdób, z wyrytą taką inskrypcją: "Tu spoczywa Jan Zamoyski".
 * Sklepienia z kaplicy przypisał Janowi Baptyście Falkoniemu  prof. J. Kowalczyk, kierując się niewłaściwie zinterpretowanym, pośrednim źródłem. Nowe badania
(M. Kurzej) pozostawiają anonimowym ich autorstwo, przy czym wprowadziły do obiegu naukowego pojęcie „Mistrza sklepienia krzyżowego kościoła w Wiśniczu” i nadzieję, że ów mistrz zostanie jednak kiedyś zastąpione nazwiskiem.
 * Kaplica miała swego proboszcza, kantora, 6 wikariuszy i 2 kleryków na których utrzymanie Tomasz Zamoyski zapisał 40 tys. zł, a Sobiepan jeszcze 3 tys. zł na kapelana.
 * Kaplicę konsekrowano w 1637, składając w ołtarzu relikwie 4 świętych (Florian, Sebastian, Witalis, Adrian). Późniejszy akt złożenia relikwii i potwierdzenia ich autentyczności na zakończenie odnowienia kaplicy, odkryty podczas konserwacji w 2008 w zalakowanym wgłębieniu w drewnianej szkatułce - Ja Walenty Baronowski, z Bożej i Stolicy Apostolskiej łaski Biskup Lorymy, Sufragan Lubelski, w czasie wakatu Administrator Diecezji Lubelskiej i Podlaskiej, Prałat Archidiakon Katedry Lubelskiej, dziekan Infułat Kolegiaty Zamojskiej dokonałem stosownego poświęcenia tego portatylu, w którym umieściłem relikwie Świętych Modesta, Urbana i Wincencji Dziewicy, Męczennicy. Zamość, 8 września Roku Pańskiego 1871.
 *
Kaplica Ordynacka w 1860 ("Dziennik Literacki") - Wszedłem do kaplicy brudnej, ubogiej, z popękanymi ścianami, i widząc że w niej  zupełnie nic do oglądania nie ma, już się oddalałem, kiedy spuściwszy oczy postrzegłem płytę kamienną (...). W tym roku dopiero mieszczanie zrobili składkę i dali wiązanie i dach na tę kaplicę, bo deszcz już do kaplicy padał. Także sufit trochę naprawili i pomalowali. Napisano Konstantego w Londynie aby do tej reparacji się przyczynił. Chcąc się chętnie do tak chwalebnej pracy przyczynić napisał, aby z ordynacji wydano potrzebny materiał po cenach zwyczajnych! Komitet podziękował za dobre chęci, z których nie skorzysta, bo starozakonny Icek Atlas z Lublina uprzedził Pana Hrabiego, dostarczywszy tegoż materiału pocenie niższej.
J. Jędrzejewicz (1864) - Znajdował się w niej ołtarz snycerskiej roboty cały wyzłocony z obrazem niepośledniego pędzla Przemienienia Pańskiego. Posadzka marmurowa, ściany pokryte były oponami różnokolorowemi, adamaszkowemi, wisiało tam cztery portrety fundatorów w złoconych ramach w niej sklepienie ozdobione różnemi figurami w owalnych osadach złocone i ławka jedna. Przy przerobieniu kościoła przez Inżynierię naszą w miejsce dawnego, postawiono ołtarz nowy... na górze czterech elektorów kościoła wyjętych z dawnej ambony. Opadły zbutwiałe opony, a portrety przeniesiono do kapitularza.
 *
Jan Sas Zubrzycki - Pełno się zachowało szczątków z dawnych sklepień Zygmuntowskich. W Zamościu kaplica Jana Zamoyskiego ma kształt wychodzący z dwudziału na każdym boku i jasno się tłumaczący, jako sklepienie polskie.