Costruito nel 1657, è preceduto da un vestibolo quadrangolari ai cui lati sono collocate due statue del celebre sculture napoletano Giuseppe Sanmartino: a destra la statua di San Giovanni Gualberto, a sinistra la statua di San Giuseppe con il Bambino.

L'arco introduce nel cappellone ellittico voluto dall'Arcivescovo Caracciolo e rivestito di marmi dal successore Tommaso Sarria. Fulcro della cappella è l'altare maggiore contenente le spoglie del Santo e contraddistinto dal prezioso paliotto con raffigurazione di vasi con fiori e una croce gemmata impreziosita da lapislazzuli; i pilastrini laterali presentano gli stemmi del Capitolo e della città di Taranto. Sopra l'altare, in una nicchia racchiusa da una porta argentea a due battenti, realizzata nel 1793 da un anonimo argentiere napoletano, è custodita la statua in argento del Santo protettore fusa da Virgilio Mortet nel 2003. Ai lati della nicchia principale sono disposte due statue marmoree di San Giovanni Battista e San Pietro.
Proseguendo in senso orario sulla destra sono collocate le statue di San Francesco di Paola, di San Francesco d'Assisi e di Sant'Irene di Giuseppe Sanmartino. Ai lati dell'ingresso alla cappella, San Marco e San Sebastiano del napoletano Giuseppe Pagano, sulla sinistra Santa Teresa, San Domenico e San Filippo Neri del Sanmartino. La volta, affrescata da Paolo De Matteis su commissione di Stella nel 1714, raffigura la Glorificazione di San Cataldo. Del pittore sono anche gli affreschi del tamburo con scene dei miracoli del Santo.