L'oratorio della grotta, presenta tra i suoi tesori una splendida pietà in marmo eseguita da Giovanni Bandini nel 1597 su commissione di Francesco Maria II della Rovere. La sua origine è da collegarsi a quella di una pia Confraternita che fece richiesta a Guidobaldo I di alcune stanze dei sotterranei del Duomo. Accolta la richiesta i Confratelli ridussero a Oratorio due di questi ambienti. È incerto chi abbia fornito i disegni delle tre cappelle; si è pensato a Federico Comandino, ma non è da escludere l'intervento di Girolamo Genga o del Martini stesso. Le tre cappelle ripetono la planimetria absidata della zona presbiteriale della chiesa superiore e sono disimpegnate da un lungo corridoio corrispondente al transetto.