La Cappella delle Stimmate sorge sul posto, individuato dal cerchio in marmo davanti all'altare, dove soleva meditare San Francesco.

La Cappella attuale è del 1263 e fu costruita a spese del Conte Simone di Battifolle.

In origine le pareti furono affresche da Taddeo Gaddi un allievo di Giotto e da Jacopo del Casentino.

Poi nel 1481 questi affreschi furono sostituiti con la più grande pala mai realizzata dalla scuola dei della Robbia.

Nella pianta del Santuario questa Cappella è individuata con il numero "16".