La Chapelle Sixtine prend son nom du Pape Sixte IV della Rovere (pape de 1471 à 1484) qui fit restaurer l'ancienne Cappella Magna entre 1477 et 1480.

La décoration des parois remonte au XVe siècle et comprend: les tentures en trompe l'œil, les Histoires de Moïse (parois sud - entrée) et du Christ (parois nord - entrée) et les portraits des Papes (parois nord - sud - entrée). Sa realisation fut confiée au depart à une équipe de peintres tels que Pietro Perugino, Sandro Botticelli, Domenico Ghirlandaio, Cosimo Rosselli, soutenus pa leurs ateliers respectifs et par leurs plus proches collaborateurs dont Biagio di Antonio, Bartolomeo della Gatta et Luca Signorelli. Pier Matteo d’Amelia a peint un ciel étoilé sur la voûte. Les fresques furent réalisées de 1481 à 1482.

De même que les œuvres en marbre suivantes: la balustrade, la cantoria (où les chanteurs prenaient place) et l'emblème pontifical au-dessus de la porte d'entrée. Le 15 août 1483 Sixte IV consacra la nouvelle chapelle et la dédia à Notre-Dame de l'Assomption. Jules II della Rovere (pape de 1503 à 1513), neveu de Sixte IV, décida de modifier en partie la décoration.

 En 1508, il confia les travaux à Michel-Ange Buonarroti qui executa la voûte et les lunettes en haut des murs. Les travaux furent terminés en octobre 1512 et Jules II inaugura la Chapelle Sixtine le jour de la Toussaint (le 1er novembre) par une messe solennelle. Les neuf scènes centrales représentent des épisodes de la Genèse, de la Création à la Chute de l'homme, avec le Déluge et la renaissance de l'humanité par la famille de Noé.

Il y a probablement une référence à la première épître de Saint Pierre (3,20-22) où l'eau du déluge est vue comme un signe prophétique de l'eau du Baptême d'où sort une humanité nouvelle, celle des élus sauvés par le Christ.

Dans les espaces entre les voûtains, cinq Sibylles et sept Prophètes sont assis sur des trônes monumentaux. Dans les pendentifs des quatre angles nous trouvons les Secours miraculeux de Israël tandis que les voûtains et les lunettes (parois nord - sud - entrée) accueillent les Ancêtres du Christ. Vers la fin de l'année 1533 Clément VII de Médicis (pape de 1523 à 1534) demanda à Michel-Ange de modifier ultérieurement la décoration de la Chapelle Sixtine en peignant le Jugement Dernier sur le mur du fond de l'autel. Ceci entraîna la perte des fresques du XVe siècle, c'est-à-dire du retable de Notre-Dame de l'Assomption parmi les Apôtres et les deux premiers épisodes des Histoires de Moïse et du Christ, peints par le Pérugin.

 Sur cette fresque, Michel-Ange a voulu représenter le retour glorieux du Christ en s’inspirant des textes du Nouveau Testament (cf. Saint Mathieu 24,30-31; 25,31-46; Première épître aux Corinthiens 15,51-55. L'artiste débute cette œuvre grandiose en 1536 sous le pontificat de Paul III. Il l’achèvera en automne 1541. Michel-Ange se sert de son extraordinaire talent artistique pour traduire en formes visibles l'invisible beauté et majesté de Dieu. Guidé par les paroles de la Genèse, il a fait de la Chapelle Sixtine "le sanctuaire de la théologie du corps humain". (Homélie prononcée par Sa Sainteté le Pape Jean-Paul II le 8 avril 1994).

Les fresques du mur d'entrée ont été refaites pendant la deuxième moitié du XVIe siècle. Hendrik van den Broeck a repeint la Résurrection du Christ de Ghirlandaio et Matteo da Lecce le Différent sur le corps de Moïse de Signorelli, gravement endommagées par l'écroulement de la porte en 1522. Les fresques de la Chapelle Sixtine ont été entièrement restaurées entre 1979 et 1999.

 Les œuvres en marbre, soit la cantoria, la balustrade et l'emblème du Pape Sixte IV, furent également restaurés. La Chapelle accueille le Conclave lors des élections papales. Dans son Homélie sa Sainteté le Pape Jean-Paul II souligne l'importance de la Chapelle Sixtine dans la vie de l'Eglise : "La Chapelle Sixtine est pour chaque Pape, le lieu qui garde la mémoire d'un jour particulier de sa vie…