Au cours du , dans un projet ambitieux de transformer le sanctuaire en deux chapelles superposées, suivant un type royal déjà observé au château de Biron (Dordogne), l'architecte Blaise Le Prestre a partagé la hauteur de l'ancien vaisseau roman par une voûte surbaissée. Créant la surprise, le niveau supérieur réalisé en dalles de pierre, repose sur des colonnes à chapiteaux composites recevant des arcs diaphragmes qui s'entrecroisent. Afin de réaliser un appartement au-dessus de ce plafond, toute une série de lucarnes à clochetons a été percée dans la toiture tandis qu'un accès depuis l’extérieur est réalisé par la création d'une entrée surmontée d'un fronton triangulaire épuré, aménagée dans la tour d'escalier médiévale. Le style épuré et classicisant de l'ensemble, déjà observé sur la façade Ouest du gros pavillon du corps du logis, témoigne des évolutions esthétiques de la Seconde Renaissance.