Il presbiterio quattrocentesco della chiesa venne, completamente rinnovato nei primi anni del Cinquecento per intervento del Bramante. Su probabile commissione di Alessandro VI Borgia a cui forse si riferiva lo stemma abraso sulla sommità della conchiglia dell’abside; Bramante creò il grande arcane a lacunari e prolungò l'abside con un nuovo coro quadrangolare che divenne per volontà di Giulio II Della Rovere una nuova cappella di famiglia decorata nella volta dal Pinturicchio intorno al 1508 e alle cui pareti sono addossati i grandiosi monumenti funebri del cardinale Ascanio Sforza e del cardinale Girolamo Basso Della Rovere creati da Andrea Sansovino tra il 1505 e il 1507. I due monumenti costituiscono uno dei capitoli più importanti e celebrati della scultura rinascimentale romana. Creati dal Sansovino secondo il modello dell'arco trionfale romano presentano la notevole novità iconografica del defunto presentato vivente e non più disteso, secondo, l'antica tradizione etrusca. La volta: Il Pinturicchio celebrava sulla volta la tradizionale iconografia dell'Incoronazione della Vergine, particolarmente cara all'ideologia agostiniana, attraverso la complessa simbologia della prefigurazione delle Sibille, del racconto degli Evangelisti e del commento dei Padri della Chiesa, con la tecnica dell'affresco che simula il motivo del mosaico.