En 1820 el Antiguo Salón de Sesiones sufrió su mayor transformación arquitectónica de la mano de Isidro González Velázquez, quien transformó lo que había sido iglesia en el salón de sesiones de estilo neoclásico que perdura hasta nuestros días. En ese momento también se decidió dar a la sala una disposición de corte británico, ubicándose la tribuna de público en el antiguo coro de la iglesia. Aprovecharon el espacio dejado por las capillas laterales para crear las tribunas de honor. Al fondo del salón se abre la puerta por donde entraban los monarcas, desde Fernando VII hasta Alfonso XIII, para presidir las sesiones regias de apertura de las Cortes.

En 1834, con la firma del Estatuto Real por parte de la reina regente Doña María Cristina de Borbón Dos Sicilias, España tendría por primera vez un parlamento bicameral. Este edificio y su salón acogerían al Estamento de Próceres, es decir, lo que conocemos hoy en día como Senado siendo una Cámara de composición y funciones diferentes a la actual.

Este Salón ha estado presente en todas las vicisitudes históricas de nuestro país desde comienzos del siglo XIX, desempeñando siempre un papel de primer orden. Por supuesto, establecido el Senado en la nueva etapa democrática, el Salón volvería a acoger sesiones plenarias hasta su traslado a su actual ubicación en 1991.

A lo largo del siglo XIX y mediados del XX, la sala ha sufrido reformas decorativas cuyo resultado es el aspecto actual. Se han hecho variaciones relativas a la modernización de la sala para acoger sus nuevas funciones, modernizando su megafonía y votación electrónica, respetando siempre la propia estética del Salón.

Por último, cabe destacar que el techo del salón es una bóveda encamonada a la cual se instaló un trampantojo realizado por Antonio Gómez Lanzuela en torno a 1870.

En la actualidad esta sala tiene un uso polivalente y acoge relevantes actos parlamentarios e institucionales de la Cámara como la sesión constitutiva de la misma o la recepción de los Jefes de Estado extranjeros.