Die Kilianskapelle befindet sich gegenüber der evangelischen Stiftskirche im Osten des historischen Ortskerns von Wertheim in Hanglage unterhalb der Burg. Sie entstand laut Bauinschrift 1472. Im Verlauf der Reformation wurde sie an der Wende zum 17. Jahrhundert profaniert, umgestaltet und danach bis ins 19. Jahrhundert als Lateinschule genutzt. Nach Aufgabe der Schulnutzung und Entfernung der Einbauten erhielt sie 1903/1904 ihr ursprüngliches Erscheinungsbild zurück.

Die Strebepfeiler des zweigeschossigen, verputzten Baus mit Sandsteingliederungen sind an seiner West- und Südseite reich durch Fialen und Maßwerk geschmückt. Um das Obergeschoss führt ein Gang mit einer aufwändigen Maßwerkbrüstung. Der untere Raum ist dreischiffig und besitzt ein vielgliedriges Netzgewölbe auf sechs Stützen. Der obere Raum ist mit einem zweijochigen Kreuzgratgewölbe versehen. Nach oben schließt die Kapelle mit einem barocken Mansarddach ab.

Die Kilianskapelle von Wertheim zählt mit ihrer reichen Fassadengestaltung zu den bedeutendsten Doppelkapellen Deutschlands. In den letzten Jahren kam es zu zahlreichen witterungsbedingten Schäden. Neben großflächigen Verschmutzungen und Verfärbungen lassen sich Fehlstellen, Risse, Gefügeschäden, schadhafte Fugen und Putzabplatzungen feststellen. Teilweise besteht die Absturzgefahr von Schmuckteilen. Zudem muss die Wasserableitung verbessert und einige Dachreparaturen ausgeführt werden.