Il sepolcro, interamente scolpito e foderato in marmo, granito, porfido e pietre dure applicate con la tecnica del commesso fiorentino, è ospitato all’interno di un’absidiola e si articola in un alto basamento al centro del quale è una cartella in porfido recante un’iscrizione, contornata da una fascia in diaspro di Sicilia verde e giallo; le lettere sono in calcedonio di Volterra. Ai lati due grandi pannelli ottagonali in diaspro di Barga sono affiancati da vasi biansati con corpo panciuto del medesimo materiale. Il soprastante sarcofago in granito, sorretto da peducci con volute, presenta al centro un elemento recante lo stemma della famiglia Medici. Il coperchio spezzato include tra le due ali curvilinee un baldacchino su cui è posto un cuscino sorreggente una corona. L’edicola, anch’essa realizzata in marmi e pietre dure, è sormontata da un timpano triangolare spezzato, completato da una grande cartella incorniciata da volute. La nicchia ospita la statua di Cosimo II in bronzo parzialmente dorato e patinato. In alto, nel fregio che percorre il perimetro del mausoleo è intarsiato in pietre dure e a grandi lettere il nome del granduca che riposa nel sottostante sepolcro