Después de que el cardenal accediera al trono de San Pedro en 1585 como Sisto V, Fontana fue nombrado arquitecto de la basílica de San Pedro, obteniendo, entre otras distinciones, el título de caballero de la Ordine dello Speron d'oro En ese cargo, agregó la linterna de la cúpula y propuso la prolongación del interior que pasaría a tener una nave bien definida.