La chapelle Saint-Michel s'intègre dans un bâtiment semi-troglodytique adossé à la falaise au contact du grand escalier. Cette construction rectangulaire intégrait également l'ancien chauffoir des chanoines, une importante cave et une ancienne porterie, condamnée au 14e siècle pour y accueillir une chapelle Saint-Louis, puis de nouveau transformée en passage.£La chapelle Saint-Michel proprement dite, occupe le deuxième étage de l'ensemble dans une position qui rappelle celle d'une tour-porche. Accessible depuis le parvis Notre-Dame par un escalier plaqué contre la roche, elle se présente comme une salle quadrangulaire orientée sud-nord (6,50 x 6 m) et terminée au nord par une abside semi-circulaire, incluse dans une excroissance en encorbellement. Trois fenêtres en plein cintre à double ébrasement éclairent la nef à l'est. Au sud, une porte suspendue, à linteau sur coussinet, ouvrait sur un ouvrage de charpente dont subsistent les traces d'encastrement. L'élévation nord, correspondant au chevet, est ornée d'une série de modillons sculptés représentant des têtes dont certaines ont été refaites au 19e siècle. De grande qualité, ils peuvent être rapprochés de ceux de l'église de Gluges (commune de Martel). Le choeur conserve un important décor peint gothique représentant le Christ en majesté, entouré des évangélistes, d'un séraphin et de l'archange saint Michel.£Au-dessus de la chapelle, un niveau supérieur sur plancher dont la fonction exacte n'est pas connue, était accessible par un escalier en vis. Son élévation extérieure qui surmonte le chevet de la chapelle Saint-Michel, présente sur le parvis Notre-Dame la célèbre peinture de l'Annonciation et de la Visitation, inscrite dans une arcature aveugle portée par trois modillons sculptés. Un dernier niveau, probablement défensif, ouvrait à l'est par une porte sur une galerie de charpente en encorbellement. L'état de la construction avant les restaurations du 19e siècle est connu par une gravure.