Questa camera costituì lo studiolo di Paolo III Farnese. E' infatti comunicante con la camera da letto (Sala di Amore e Psiche) e, per mezzo di una scala, con il sottostante Bagnetto di Clemente VII. Tra il 1545 e il 1546 fu decorata sul soffitto e nella parte superiore delle pareti da Perin del Vaga e dai suoi collaboratori tra i quali si distinsero, in questo caso, Domenico Rietti, detto Zaga, Prospero Fontana e Michele Grechi. Al centro della copertura lignea a cassettoni, tra motivi a grottesche e simboli araldici del Papa, spicca la figura dipinta e a rilievo dell'Arcangelo Michele, che qui si sovrappone a quella di Perseo, eroe della mitologia greca. Il fregio affrescato si compone di sei riquadri con le sue imprese, tratte dalle Metamorfosi di Ovidio. Le scene sono inserite in una finta struttura architettonica a cornici e mensoloni, adornata da ricchi festoni di frutta, fiori e maschere, e si alternano a monumentali fanciulle con unicorni (emblemi della famiglia Farnese) e a giochi di putti.
Ogni riquadro, che contiene più episodi, è parte di un originale schema decorativo già sperimentato dall'artista in analoghi cicli mitologici presenti a Roma (a Palazzo Massimo, presso una sala del cosiddetto "piccolo appartamento") dove le figure poste tra i riquadri narrativi li sovrastano per dimensioni. La narrazione ha inizio a sinistra dell'ingresso, con il Commiato dell'eroe dalla madre Danae e con Perseo che riceve i doni di Mercurio e Minerva, procedendo in senso orario per concludersi, sulla porta che conduce alla Sala Paolina, con i tre episodi de Il ritorno di Perseo, l'origine del corallo, il banchetto nuziale di Perseo e Andromeda.
La scelta del tema mitologico dell'eroe che sconfigge Medusa, libera Andromeda dal mostro marino e pietrifica i suoi avversari superando innumerevoli avversità grazie al proprio ingegno e alla determinazione, oltre che suggerire un'indiretta celebrazione delle virtù del committente, esprime la fiducia nel prevalere dell'intelletto sulle forze irrazionali ed oscure, in riferimento alla lotta contro la Riforma luterana, intrapresa proprio allora da Paolo III con l'apertura del Concilio di Trento (1545-1563).
La sala ospita parte delle collezioni di dipinti e di arredi del Museo: vi si possono osservare il San Girolamo di Lorenzo Lotto; la Madonna tra i Santi Rocco e Sebastiano, attribuita a scuola lottesca; le due tavole con Cristo benedicente e Sant'Onofrio di Carlo Crivelli; la pietà di Giovanni Martino Spanzotti; la Madonna con Bambino di un anonimo fiorentino del XVI secolo vicino a Maso da San Friano.