La radicale trasformazione dei quattro ambienti situati al primo piano dell'edificio e utilizzati in precedenza come infermeria fu attuata nel 1858 dall'ingegner Cesare Costa, attento studioso di tecniche di costruzione e artefice delle più espressive architetture della Restaurazione a Modena. Per effetto degli ampliamenti via via avvenuti, l'edificio del San Carlo aveva assunto una configurazione allungata rispetto alla quale la nuova cappella interna veniva a collocarsi in una posizione più centrale e più vicina alle camerate degli allievi. La sobria stanza rettangolare dalle pareti in scagliola scandite dal disegno iterato delle paraste presenta caratteri peculiari nell'architettura estremamente semplice, nell'impiego sapiente dei materiali e nei calibrati toni di colore. L'ambiente risulta inoltre ricetto adattissimo a contenere le piccole scene angeliche di Adeodato Malatesta, che si pongono quasi come riquadri dell'alto fregio di un palazzo rinascimentale con esatta proporzione tra pittura ed architettura come attesta la rispondenza cromatica ricercata dal Malatesta per intonarsi alle specchiature azzurrine e alle paraste giallo tenue dell'architettura del Costa.