Proyecto de Miguel Ángel

El proyecto de transformación de la sala termal en iglesia, fue confiado por Pío IV a Miguel Ángel Buonarroti, artista de gran prestigio que estaba entonces trabajando en San Pedro.

El gran maestro intervino sobre todo en la zona del actual transepto. Realizó una planta a cruz griega dejando inalterados, cuales ases ortogonales, el vestíbulo (ex ninfeo de paso hacia el calidarium) y el coro (área del frigidarium). Se tenían por lo tanto tres entradas: dos a los lados del transepto y una hacia la esedra. Los trabajos iniciaron enseguida y continuaron después de la muerte de Miguel Ángel (1564) a cargo del sobrino de Antonio Lo Duca, Jacopo, ayudante y alumno del gran artista florentino. Continuaron hasta la mitad del año 1700 cuando fueron cerradas las entradas de la izquierda con la capilla de San Bruno (hacia la Calle Cernaia), diseñada por Carlo Maratta, y la de la derecha, con la capilla dedicada a Niccolò Albergati realizada por el arquitecto Clemente Orlandi. Este último inició la disposición y la colocación de los primeros cuadros procedentes de la Basílica Vaticana.