La capilla de Nuestra Señora del Rey Casto fue edificada por orden del obispo Tomás Reluz en 1705, sobre otra capilla fundada por Alfonso II el Casto en el siglo IX, y se estructura paralela a la catedral formando un templo aparte con entrada exterior propia a través de un jardín situado a la izquierda de la catedral. Es obra de Bernardo de Haces y por Luis de Arce.

Se une a la catedral por la gran puerta obra de Juan de Malinas construida entre 1470 y 1485 en estilo gótico tardío. La puerta se divide en dos por un parteluz en el que se esculpió la figura de La Virgen con el Niño flanqueada en los laterales de las puertas por las figuras de los apóstol es Santiago y San Pedro y a la derecha San Pablo y San Andrés. Al lado, a la izquierda de la puerta y antes de entrar a la capilla se puede ver una inscripción pétrea de Alfonso III el Magno.

En esta capilla estuvieron sepultados algunos reyes asturianos. Fue el primer panteón de la monarquía española. Sobre las pechinas de los arcos torales hay bustos de varios reyes asturianos.

En la nave norte hay un buen retablo de la Virgen de la Luz del siglo XVI, de la escuela de Juan de Juni. A su lado, cuatro pequeños apóstoles; en el ático está la figura de Dios Padre. Tiene también dos imágenes en mármol de San Pedro y San Pablo del siglo XVIII. Había la costumbre de girar la llave de San Pedro para abrir al alma las puertas del cielo.

En el interior de la capilla se encuentra el Panteón de reyes de la Catedral de Oviedo, en cuyo centro se encuentra el sepulcro de Ithacio, con lauda del siglo V.