La prima cappella della navata sinistra è la Cappella della Madonna di Loreto, famosa per ospitare uno dei massimi capolavori di Michelangelo Merisi detto il Caravaggio, la "Madonna dei Pellegrini". Le figure circondate dall'oscurità risaltano nella loro pienezza e drammaticità: ai piedi di una giovane madre appoggiata allo stipite di una casa povera, sono umilmente in ginocchio due pellegrini vestiti di stracci a mani giunte in segno di adorazione e gioia nel vedere le due dolci figure. Il bambino investito di spalle dalla luce rivolge loro lo sguardo come la mamma e tende la mano in segno di benedizione.
L'opera venne commissionata al Caravaggio, ai primi del ‘600, dal notaio bolognese Cavalletti per essere posizionata nella cappella di famiglia, ma quando il dipinto fu esposto al pubblico “ne fu fatto dai preti e da' popolani estremo schiamazzo”. Secondo alcuni studiosi l'opera suscitò scalpore perché il Caravaggio utilizzò, come modella per la Madonna, tale Maddalena Antognetti, detta Lena, che varie fonti indicano come prostituta, altre come amante dello stesso Caravaggio. Proprio a Lena è legato uno dei vari episodi violenti legati al grande artista: sembra, infatti, che Lena avesse posato per il Caravaggio contro la volontà del notaio Mariano Pasqualone, spasimante della donna, e che questi avesse insultato la madre di Lena per averla ceduta “ad uno scomunicato e maledetto”.
Il carattere litigioso e violento dell'artista non si smentì neanche in questa circostanza tanto che a piazza Navona aggredì il Pasqualone con una scure, fatto questo che lo costrinse prima a chiedere asilo, per qualche tempo, proprio nella chiesa di S. Agostino e poi a fuggire a Genova. Probabilmente non fu la presenza di Lena nel dipinto a destare scalpore, bensì gli “umili pellegrini”, raffigurati con la pelle rugosa, gli abiti sdruciti ed i piedi piagati e sudici per il faticoso viaggio, nonché la cuffia della donna, anch'essa sporca e rovinata che andava contro i canoni non solo dell'arte del tempo, ma anche, e specialmente, di quelli derivanti dal Concilio di Trento.