È l’unica che conserva ancora la decorazione originale. La cappella dei Re Magi, la quarta sulla sinistra, è riuscita a preservare tutto ciò che la caratterizza fin dagli inizi del ‘400, quando fu costruita. Al suo interno si possono trovare affreschi, statuette e la lastra tombale di Bartolomeo Bolognini, ricco mercante di seta al quale la cappella era dedicata in precedenza.
Tra gli autori più importanti che hanno lavorato in questo spazio ci sono Jacopo di Paolo e Giovanni da Modena. Il primo ha dipinto il polittico ligneo scolpito da un pittore sconosciuto, chiamato “Maestro di S. Petronio”, e ha disegnato le grandi vetrate, poi restaurate per due volte. Il secondo invece, tra il 1408 e il 1420, si è occupato degli affreschi lungo le pareti, tra cui quelli che ritraggono i Re Magi nel viaggio verso Betlemme, sulla parete destra della cappella. Lì si possono ammirare alcune scene bibliche, come la sosta al palazzo di Erode, l’avvistamento della stella cometa e l’offerta dei doni a Gesù.
Nel lunettone della parete di fondo si trova la consacrazione episcopale di San Petronio, mentre ai lati del finestrone si susseguono le scene di vita del patrono di Bologna. Tutti questi affreschi rappresentano il maggior esempio di pittura tardo gotica a Bologna e tra i più significativi in regione.