Il soffitto si compone di quarantanove cassettoni decorati in delicate tonalità di grigio, rosso e ocra, definiti da una cornice a dentelli e ripartiti da riquadri aggettanti, all'incrocio dei quali è posta una borchia a forma di ghianda, allusiva alla pianta dei Della Rovere. Nel cassettone centrale è dipinto lo stemma di Guidobaldo II, gli altri lacunari propongono una scelta di temi figurativi tipici della grottesca cinquecentesca talora disposti intorno a riquadri a grisaille con divinità mitologiche. I cassettoni che circondano lo stemma recano immagini narrative e di contenuto allegorico