La decorazione ebbe luogo tra la seconda metà del 1511 e il 1514, con un pagamento a saldo, al Sanzio, datato 1º agosto 1514. A partire da questa impresa l'uso di aiuti si fa sempre più consistente, ponendo il problema dell'autografia dei vari brani pittorici. Dai disegni preparatori si notano varie trasformazioni nelle scene, soprattutto in relazione all'attualizzazione delle medesime in seguito all'evolversi degli avvenimenti, tra il 1511 e il 1512, con il capovolgimento delle alleanze e il temporaneo trionfo del pontefice: ecco allora che Giulio II venne inserito come spettatore nella scena di Eliodoro ed ecco che venne ritratto con maggiore evidenza nella Messa di Bolsena.
Durante la Repubblica Romana instaurata dai giacobini e successivamente nel periodo napoleonico, i francesi elaborarono alcuni piani per staccare gli affreschi e renderli portabili. Infatti, venne espressero il desiderio di rimuovere gli affreschi di Raffaello dalle pareti delle Stanze Vaticane e inviarli in Francia, tra gli oggetti spediti al Musee Napoleon delle spoliazioni napoleoniche, ma questi non vennero mai realizzati a causa delle difficoltà tecniche e i tentativi falliti e disastrosi dei francesi presso la chiesa di San Luigi dei Francesi a Roma.
La volta ha al centro un medaglione con lo stemma di Papa Giulio II, come nella stanza delle Segnatura, circondato da arabeschi a monocromo su sfondo dorato intervallate da finte borchie dorate. Attorno si sviluppa un anello figurato, diviso diagonalmente in quattro scomparti con storie che simulano arazzi appesi con finti chiodi e anelli tra le cornici. Le scene rappresentate sono il Sacrificio di Isacco, il Roveto ardente, la Scala di Giacobbe, l'Apparizione di Dio a Noè.
In altri spazi tra le incorniciature si trovano altre decorazioni, probabilmente riferibili a Baldassarre Peruzzi e risalenti a prima dell'intervento di Raffaello. I quattro episodi biblici, tutti databili alla seconda metà del 1511, sono riferiti interamente a Raffaello da Vasari, ma Cavalcaselle li assegnò a Baldassarre Peruzzi, Adolfo Venturi a Guillaume de Marcillat, Baugart a Penni, mentre più recentemente Nesselrath a Lorenzo Lotto. Il cattivo stato di conservazione rende difficile oggi una valutazione sicura.
