A ambos lados del presbiterio se encuentran los cenotafios de Carlos I y Felipe II en el interior de dos grandes arcos. Los dos grupos escultóricos fueron realizados por Pompeo Leoni.  Las estatuas de bronce del presbiterio que rodean al altar fueron puestas por Felipe II sobre sus verdaderas tumbas, en las que quiso enterrarse junto a su familia cercana, según consta en su testamento. En la actualidad, sólo el Emperador, la Emperatriz Isabel, Felipe II y la cuarta esposa de éste último están enterrados en el Panteón Real barroco, bajo los escalones del altar. Las tumbas originales de las estatuas hoy están vacías. El resto de la familia de Felipe II -incluido el Infante don Carlos están en el Panteón de Infantes, bajo el convento. Pero el testamento de Felipe II no fue el único traicionado.  Carlos I también quería estar justo debajo de los pies del sacerdote y ya no lo está. Si se volvieran a utilizar estas tumbas para quienes se pensó, las magníficas esculturas de Pompeyo Leoni, recuperarían la mínima coherencia que debiera exigirse a sus inscripciones, auténticas lápidas de las tumbas que hace justo ahora cuatrocientos años, a la muerte del rey Felipe II, ocupaban su cripta inferior. Las estatuas son ahora un bonito adorno que nada tiene que ver con la realidad de la función para la que se crearon. Ver, en Arquitectura, cómo era el Panteón en sus orígenes.
Carlos I
Las figuras del cenotafio de Carlos I se encuentran formando parte de un arquitrabe con un gran frontón triangular en donde destaca el escudo imperial del emperador Carlos (el águila bicéfala de los Austria). En el centro una inscripción en letras doradas en latín dice: "A honra y gloria de Dios Omnipotente y Máximo (D.O.M). Carlos V, emperador augusto, rey de estos reinos, de Sicilia y de Jerusalén, archiduque de Austria y buen padre lo dedicó su hijo Felipe II. Están también aquí enterradas Isabel, su esposa, y María su hija, emperatrices; Leonor y María, sus hermanas, reinas: la primera de Francia, la otra de Hungría".
Carlos I está acompañado de su esposa y madre de Felipe II, doña Isabel de Portugal; la hija de ambos, doña María; doña Leonor de Francia y doña María de Hungría, ambas hermanas del rey. Este conjunto fue colocado en este emplazamiento en 1597. Son cinco las figuras que están arrodilladas frente a un reclinatorio y con las manos juntas en actitud orante.
Felipe II
El cenotafio de Felipe II está situado frente al de su padre y guarda la misma estética que el anterior. Vemos el gran escudo de los reinos hispánicos de Felipe II.  Este conjunto fue colocado en 1600 y lleva un epitafio que dice traducido del latín: "A Dios Omnipotente y Máximo (D.O.M.). Felipe II rey católico de todos los reinos de España, de Sicilia y Jerusalén, archiduque de Austria, viviendo aún, las mandó poner en este sagrado templo que erigió desde sus cimientos. Junto con él descansan Ana, Isabel y María, sus mujeres, y Carlos, príncipe, su hijo primogénito".
Están representados Felipe II; la reina doña Ana de Austria (su cuarta mujer y madre de Felipe III); la reina doña Isabel de Valois (tercera mujer); doña María Manuela de Portugal (su primera mujer y madre del príncipe don Carlos), y por último el príncipe don Carlos, primogénito del rey fallecido en extrañas circunstancias. No está aquí la estatua de su segunda esposa María Tudor, probablemente por ser inglesa y no estar enterrada en este monasterio.