Originalmente servía como capilla de la fortaleza vaticana. Conocida anteriormente como Cappella Magna, toma su nombre del papa Sixto IV, quien ordenó su restauración entre 1473 y 1481. Desde entonces la capilla ha servido para celebrar diversos actos y ceremonias papales. Actualmente es la sede del cónclave, la reunión en la que los cardenales electores del Colegio Cardenalicio eligen a un nuevo papa. La fama de la Capilla Sixtina se debe principalmente a su decoración al fresco, y especialmente a la bóveda y el testero, con El Juicio Final, ambas obras de Miguel Ángel.
Durante el pontificado de Sixto IV, un grupo de pintores renacentistas que incluía a Sandro Botticelli, Pietro Perugino, Pinturicchio, Domenico Ghirlandaio, Cosimo Rosselli y Luca Signorelli realizó dos series de paneles al fresco sobre la vida de Moisés (a la izquierda del altar, mirando hacia El Juicio Final ) y la de Jesucristo (a la derecha del altar ), acompañadas por retratos de los papas que habían gobernado la Iglesia hasta entonces en la zona superior y por cortinas pintadas con trampantojo en la zona inferior.
Las pinturas fueron concluidas en 1482, y el 15 de agosto de 1483, con motivo de la festividad de la Asunción, Sixto IV celebró la primera misa en la capilla y la consagró a la Virgen María.
Entre 1508 y 1512, por encargo del papa Julio II, Miguel Ángel decoró la bóveda, creando una obra de arte sin precedentes que cambiaría el curso del arte occidental. Años después, tras el Saco de Roma, pintó también El Juicio Final en la pared del altar entre 1536 y 1541 para los papas Clemente VII y Pablo III. Más de cinco siglos después, los frescos de Miguel Ángel siguen atrayendo a multitud de visitantes a la capilla, y son considerados una de las obras cumbre de la historia de la pintura.
La función principal de la Capilla Sixtina es la de servir de sede de la Capilla Pontificia, uno de los dos órganos de la Casa Pontificia, llamada Corte Pontificia (Pontificalis Aula) hasta 1968.
