Cette chapelle dépendait de l’ancien collège des Jésuites voisin, qui abrite aujourd’hui le Museon arlaten rue Balze.
Les Jésuites, qui avaient créé un premier collège dans les ruines du théâtre antique, choisirent en 1648 de s’installer dans les bâtiments de l’hôtel Laval-Castellane. En 1654 commença la construction de cette chapelle dédiée à saint Joseph, qui fut financée par François Vaulthier, premier médecin de Marie de Médicis et par la ville d’Arles.
Elle présente une grande façade de style classique et, à l’intérieur, une nef rectangulaire bordée, côté est, par des chapelles latérales.
Le chevet plat est orné d’un retable en bois richement décoré réalisé en 1679 par le sculpteur Antoine Guibert. De part et d’autre du tableau central qui représente la Descente du Saint-Esprit sur les apôtres, on remarque dans des niches au bas des boiseries les statues de saint Ignace de Loyola et de saint François-Xavier, saints patrons des Jésuites. Le maitre-autel en marbre avec son baldaquin à colonnettes date du XVIIIe siècle.
Le plafond en bois d’aube présente une voûte plate avec des clés pendantes de style gothique. Il a été offert par legs à la chapelle en 1737 par Marie de Grille d’Estoublon dont les armoiries figurent sur cette voûte.
En 1936, Fernand Benoit y installa le musée archéologique d’art chrétien qui abrita la très belle collection des sarcophages paléochrétiens d’Arles. Ceux-ci furent transférés au Musée départemental de l’Arles antique inauguré en 1995.
La chapelle est aujourd’hui le lieu d’expositions temporaires ou de conférences du Museon arlaten et appartient comme lui au département des Bouches-du-Rhône.