Affresco del Quattrocento, nella volta pitture di Giuseppe Milani, statue di scuola veneta, sculture del Toschini.

Patrona di Faenza e della diocesi, la venerazione della Madonna delle Grazie ebbe origine nel 1412 quando, infierendo la peste, apparve ad una donna assicurandole una sua mediazione presso il divin figlio Gesù. Le frecce spezzate che teneva nelle mani e che nella decorazione dell'altare sono portate in alto dagli Angeli, erano il segno tangibile del suo efficace intervento.
Al centro dell’altare è la venerata immagine della Madonna delle Grazie, dipinta ad affresco, in origine posta nella chiesa domenicana di S. Andrea. Ritagliata dal muro e mutilata nel gesto di tenere in mano le frecce spezzate l’immagine venne trasferita nel 1760 in Cattedrale, rimanendo dapprima collocata per cinque anni sull'altare maggiore per venire poi trasferita, il 12 maggio 1765, nella cappella già dedicata ai SS. Pietro e Paolo.
L'aspetto d'insieme della cappella è sfarzoso, ampio è l'utilizzo di marmi policromi e caratterizzante è la presenza di bianche statue in marmo di Carrara. L'altare deriva il suo aspetto dalla fusione tra il seicentesco altare maggiore del Duomo di Faenza, opera che recentemente Andrea Dari ha documentato come importante progettazione del romano Carlo Fontana, spostato in questa nuova collocazione nel 1699, e l'altare settecentesco dedicato alla Madonna delle Grazie. Anche le parti di quest'ultimo qui collocate derivano da un trasferimento poichè originariamente si trovavano nell'altare eretto verso il 1726 nella chiesa di S.Domenico e rimossi in seguito a lavori di rifacimento della chiesa.
Nel medaglione dell’ancona, opera della cerchia ravennate dei Toschini, è raffigurata la scena dell’apparizione.
Ai lati le statue dei santi Pietro e Paolo, opere assegnate a Enrico Merengo da Breuing o a Tommaso Ruer, entrambi allievi a Venezia di Josse Le Court, precedentemente sistemate presso l’Altare maggiore.
Nella volta sono presenti affreschi di Giuseppe Milani da Parma del 1763. Nel centro è riprodotta nuovamente l'Apparizione della Madonna e, nei peducci, i miracoli operati dalla Vergine.
Legato al culto della Madonna delle Grazie è lo stendardo votivo appeso al centro della cupola, inviato dalla città di Varsavia in Polonia nel 1651 per grazia ricevuta di cessata peste.