Ritornati nella navata centrale, alla sinistra di chi entra nel Santuario, troviamo la porta di accesso alla cappella dedicata a S. Saturnino, giovane martire cagliaritano e patrono della città. Fu edificata per ultimo verso il 1620.
Sull'altare possiamo ammirare un bellissimo sarcofago romano risalente al secondo secolo, che fu ritrovato nel XVII secolo nell'antica Basilica di S. Saturnino con le reliquie del santo.
E' probabile che contenesse le spoglie di qualche personaggio ragguardevole di epoca romana per il fatto che vi sono raffigurati in bassorilievo dei genietti, che portano strumenti musicali ed accompagnano un sacrificio pagano. Dalla iscrizione latina si pu rilevare che l'Arcivescovo De Esquivel si incaricò di far trasportare il sarcofago dalla Basilica di S. Saturnino all'attuale cappella.
Al centro dell'altare, dentro una nicchia sostenuta da due cariatidi, racchiusa la statua in marmo del santo, di modesto valore artistico.

All'incrocio dei costoloni nella volta interessante la gemma anulare, che raffigura San Saturnino e la chiesa a lui dedicata, così come era nel XVII secolo, con i due bracci attualmente mancanti.

Nella cappella, più piccola delle altre due, ma ugualmente rivestita di marmi finissimi, si trovano 33 nicchiette scavate nella viva roccia con i bassorilievi rappresentanti i martiri e il loro genere di martirio.

Oltre al sarcofago dell'altare sono presenti nella cappella altri due sarcofagi antichi:

• il primo collocato sopra la porta di ingresso, al lato interno. Esso presenta un medaglione sostenuto da due geni con la raffigurazione di un personaggio togato in bassorilievo. Più sotto si vedono due pantere accovacciate. Dentro questo sarcofago sono racchiuse le reliquie di 10 Santi Martiri.
• Il secondo collocato sulla parete dietro il monumento dedicato a Carlo Emanuele di Savoia. Presenta ugualmente un medaglione sostenuto da due geni ed un oratore con un volume sulla mano sinistra. Sono ancora raffigurate diverse altre scene. Nel sarcofago sono contenute le ossa di altri nove Santi Martiri.

Il monumento, in fondo alla cappella, dedicato al principe di Savoia Carlo Emanuele, unico figlio maschio di Maria Teresa d'Austria e di Vittorio Emanuele I, re di Sardegna, salito al trono nel 1802 in seguito all'abdicazione del fratello Carlo Emanuele lV.

l monumento si compone di un'urna quadrilatera lavorata con differenti marmi sardi. L'opera, di modesto pregio artistico, fu realizzata nel 1799 dallo scultore sassarese Fra Antonio Cano, minore conventuale. L'iscrizione scolpita sulla lapide dell'urna la seguente:

D.O.M. A Carlo Emanuele di Savoia, Principe di meravigliosa indole e fanciullo di grandi speranze. Vittorio Emanuele, duca d'Aosta e M. Teresa, arciduchessa d'Austria, suoi genitori, posero, contro i loro desideri, al dolcissimo figlio dato alla luce il 3 novembre 1796. Volò al cielo il 9 agosto 1799.

Il principino Carlo Emanuele, quindi, mori a Cagliari prima ancora di aver compiuto i tre anni, colpito dal vaiolo.