El elemento principal del Palacio de Diana está constituido por la sala central del mismo nombre, a la cual se accede tras haber recorrido el patio de acceso y el de honor.

De forma rectangular, riquísima de estucos y representaciones alegóricas cuyo tema principal es la caza, la Sala de Diana hace gala de tres registros de decoraciones: de los frescos de la bóveda de Olimpo, obra de Jan Miel, en la que destaca Júpiter que dona a Diana "de las cazas, el sumo imperio", la mirada del visitante puede descender hasta siete de los diez enormes retratos ecuestres de los duques y de la corte un tiempo presentes firmados por diversos pintores al servicio ducal.
La vista, para terminar, puede detenerse en las diez telas del registro inferior de Jan Miel, todas ellas de tema venatorio (La Caza del Ciervo, de la Liebre, del Oso, del Zorro, del Jabalí, la Muerte del Ciervo, el Ir al bosque, la Asamblea, el Dejar correr, la Cura).

La Sala, donde en el siglo XVII se celebraban suntuosos banquetes y recepciones, está dividida de manera ideal a la mitad gracias al eje de la perspectiva de Castellamonte que de Este, desde el burgo ciudadano, pasa precisamente por la Sala de Diana para luego proseguir un kilómentro y medio hacia Oeste, con dirección a los Jardines, y está situada a la mitad entre el inicio de la Via Maestra del Burgo y el tramo final de la Avenida Central de los Jardines, donde se encuentra el Templo de Diana.