La Cappella fu commissionata da papa Niccolò V (1447-1455), tra il 1448 e il 1449, al frate domenicano Guido di Pietro, detto il Beato Angelico, che vi attese assieme ad alcuni collaboratori.

Sulle pareti furono dipinti alcuni episodi tratti dalle vite di santo Stefano e di san Lorenzo, sottolineando, attraverso le doti di questi martiri, le serene virtù del Pontefice, con particolare riferimento all'eloquenza e alla carità. Angelico, prima ancora d’esser pittore, si sentiva nell’intimo un frate domenicano e, seguendo la sua vocazione, manifestò anche in queste opere l’autentica preghiera da egli espressa con i colori della pittura.
Con questo ciclo veniva onorata la Chiesa cattolica attraverso la fede tramandata dagli apostoli e dalle vite parallele dei due diaconi martiri delle Chiese di Gerusalemme e di Roma: Stefano, contemporaneo di Cristo, e Lorenzo, contemporaneo del suo vicario Sisto II. Per la vita di Stefano fu seguito il racconto biblico degli Atti degli apostoli. La storia di Lorenzo fu ispirata dalla Legenda aurea di Iacopo da Varagine.
La Chiesa, sacramento universale di salvezza, è simbolicamente raffigurata con i quattordici patriarchi e i profeti dell’antico Testamento, protesi verso Cristo. L’evento storico della redenzione è, invece, annunciato dai quattro evangelisti affrescati sulla volta. Nei pilastri sono dipinti otto dottori appartenenti alle Chiese d’Oriente e d’Occidente, che esprimono la duplice missione santificatrice ed evangelizzatrice della stessa Chiesa che edificano.

La pubblicazione del volume sui restauri condotti tra il 1996 e il 1997 ha consentito agli studiosi – con non poche riserve - di stabilire il ruolo sostanziale di Benozzo nell’esecuzione di queste pitture. Dato confermato, oltre che dallo stile dell’artista, dalla qualifica di ‘dipintore’ citata nel superstite contratto di allogazione. La partecipazione di Benozzo può essere soprattutto riferita alle storie di santo Stefano rappresentate sulle lunette, ed in particolare all’episodio con l’Ordinazione del martire; occasionali apparirebbero, invece, gli interventi nelle scene con le storie di san Lorenzo.
Questa cappella mantenne la fisionomia di ‘oratorio privato’ fino alla seconda metà del Cinquecento, quando le sue funzioni furono trasferite in altri ambienti del Palazzo Vaticano.