Il soffitto a botte della loggia della Grotta di Diana è circoscritto nel perimetro della volta da una cornice a fondo rosato sopra cui corre un fine motivo a greca di ciottoli e conchiglie: la stessa fascia incornicia anche l’ovale centrale con soggetto narrativo non identificato e i due riquadri laterali con Latona e i contadini di Licia (a sinistra) e la Strage dei Niobidi (a destra). Come raccordo tra la scena centrale e le laterali sono posti due clipei ovali con le figure a rilievo di Apollo e Diana, figli di Latona e carnefici dei Niobidi. Il fondo bianco della volta è percorso da un trionfo decorativo di elementi che si intrecciano e si sovrappongono (realizzati a mosaico rustico sui rilievi in stucco): encarpi, mascheroni, nastri, volute e girali, arpie canefore reggi-festone e motivi a ventaglio. La lunetta sopra l’apertura architravata che conduce all’interno della grotta mostra al centro una ghirlanda di foglie e pomi dorati entro cui doveva mostrarsi presumibilmente lo stemma della casa d’Este (perduto), circondato dal cappello cardinalizio dello stesso Ippolito II. L’estradosso e l’intradosso dell’arco rivolto verso la campagna tiburtina presentano entrambi motivi a girali vegetali, seppur si mostri più articolato il modulo ornamentale dell’estradosso con l’aggiunta di arpie canefore