W latach 1638–1639 Aleksander Ludwik Radziwiłł, wypełniając wolę swej zmarłej żony, Tekli z Wołłowiczów Radziwiłłowej, stolnikowej litewskiej, wybudował kaplicę pod wezwaniem Matki Bożej Różańcowej, przekształcając w tym celu południowe ramię transeptu. Do krypty pod kaplicą, w której pochowano Teklę Wołłowiczównę, prowadziło wejście od strony zachodniej. Podobny otwór wejściowy odsłonięto także w południowych fundamentach nawy. Niestety nie przetrwał do czasów współczesnych wystrój wewnętrzny kaplicy. Ściany i wsparta na trompach kopuła nie zachowały żadnych podziałów ani dekoracji, pozostały po nich tylko ścięte narożniki, flankowane pilastrami podtrzymującymi odcinkowe belkowania. Między pilastrami umieszczono wysmukłe, konchowe nisze – charakterystyczny architektoniczny element znany z lubelskiego mauzoleum Firlejów. Stojące w nich figury przynależą do dawnego wyposażenia kościoła, natomiast same ołtarze pochodzą już z okresu międzywojennego i są wierną kopią ołtarzy z kaplicy pw. św. Jana Kantego (tzw. kaplicy Radziwiłłowskiej).
Inicjatorką i realizatorką kolejnej kaplicy (zwanej Radziwiłłowską) była Katarzyna z Sobieskich Radziwiłłowa, synowa Aleksandra Ludwika Radziwiłła, małżonka Michała Kazimierza Radziwiłła.