La sala del Tesoro, detta anche del Pomarancio, è stata conclusa nel 1603 dagli architetti Oddi, Cavagna e Venturi.

Alta quasi 12 metri, con un soffitto completamente affrescato con episodi di vita della Madonna da Cristoforo Roncalli (detto il Pomarancio appunto) che vinse il concorso per la decorazione pittorica indetto a Roma una volta conclusa la costruzione della sala; a tale concorso parteciparono anche Lionello Spada, Guido Reni e Michelangelo da Caravaggio.

Al giorno d'oggi la Sala viene utilizzata prevalentemente per Matrimoni e Riti Privati, ma è anche meta di turisti che rimangono sbalorditi dal soffitto completamente affrescato con intarsi dorati valorizzati da luci che creano un'atmosfera unica.

Alle pareti vi sono numerose teche contenenti i doni ex-voto dei fedeli.

La sala è visitabile gratuitamente durante le ore di apertura del Santuario di Loreto