Kaplica Wołłowiczowska znajduje się po lewej stronie głównego wejścia do katedry i została zbudowana w 1473 roku z inicjatywy króla Polski i wielkiego księcia litewskiego Kazimierza IV Jagiellończyka. Początkowo była miejscem pochówku członków rodziny królewskiej, w tym królewicza Kazimierza, syna Kazimierza IV, który zmarł w 1484 roku w Grodnie i później został kanonizowany jako święty patron Litwy i Polski.
Po kanonizacji królewicza, król Zygmunt III Waza, chcąc uświetnić to wydarzenie, zainicjował w 1623 roku budowę nowej kaplicy Kazimierzowskiej. W miejscu, gdzie wcześniej znajdowała się kaplica przeznaczona na pochówek rodziny Wołłowiczów, powstała nowa przestrzeń. To wówczas pierwotna kaplica Królewska zaczęła być nazywana Wołłowiczowską, a biskup Eustachy Wołłowicz, który był zaangażowany w przebudowę, stał się jej fundatorem. W 1630 roku, po zakończeniu prac rekonstrukcyjnych, biskup Wołłowicz został pochowany w tej samej kaplicy. Z tej okazji w kaplicy znajduje się jego epitafium na wschodniej ścianie.
W ołtarzu kaplicy Wołłowiczowskiej znajduje się obraz „Niepokalane Poczęcie Najświętszej Maryi Panny” autorstwa nieznanego malarza z XVII wieku.
Według tradycji, to właśnie w tej kaplicy – wtedy jeszcze Królewskiej – odbył się potajemny ślub Barbary Radziwiłłówny i Zygmunta Augusta w 1547 roku.
