Splendide, le panthéon des rois se situe sous le choeur de l'église. Tous les souverains d'Espagne depuis Charles Quint y sont enterrés, à l'exception de Philippe V, Ferdinand VI et Amédée de Savoie. La chapelle octogonale a été construite entre 1617 et 1654 selon les plans de Juan Bautista Crescenzi. L'autel est de jaspe, les vingt-six sarcophages en marbre et bronze. Les rois se trouvent à gauche et les reines mères à droite. Dans le panthéon des infants (19e s.) reposent les reines n'ayant pas eu de descendance couronnée et les infants.