Las finas hebras del tejido se extienden sobre la frente de María y permanecen visibles, incluso en su piel clara, como un orden palpable. Desde allí, la mirada desciende, con los párpados cerrados, hacia los dos niños: a la izquierda, el joven Juan, arrodillado con la cruz-bastón; a la derecha, el Niño Jesús, sentado en su regazo y levantando la mano hacia él. María une a ambas figuras con su postura serena; su vestido rojo constituye el centro, mientras que el manto oscuro envuelve sus hombros y a los niños. Sobre el grupo se abre un cielo azul; en el horizonte se divisa una estrecha franja de paisaje. Así surge una clara composición triangular que crea cercanía sin que la escena caiga en lo cotidiano. Rafael pintó la «Madonna Diotalevi» en 1503, es decir, aún al inicio de su carrera. Ya aquí se aprecia ese orden que más tarde caracterizará a sus pinturas de la Virgen: las miradas, las manos y los cuerpos dialogan entre sí con sutileza. Lo que más llama la atención es la pequeña distancia que separa a los niños. El movimiento de sus manos casi la acorta, pero queda un pequeño espacio que confiere al encuentro un aire de expectación.
Al colgarla, llama la atención con qué firmeza esta pequeña superficie pictórica reivindica su lugar. Un amplio marco la rodea con un frondoso follaje; molduras, muescas y fondos punteados se escalonan por toda la superficie. El relieve sobresale en algunos puntos, de modo que los dedos podrían seguir el recorrido de los zarcales. En los puntos más elevados se aprecian marcas de desgaste y pequeñas hendiduras, bajo las cuales sobresalen capas más oscuras y de color marrón rojizo. Esta pátina no parece artificialmente pulida, sino más bien desgastada, lo que le sienta bien a la obra. Una estrecha moldura con protuberancias en forma de perlas actúa de enlace entre el exuberante borde exterior y el lienzo. Cabría temer que este marco aplastara el motivo, pero es precisamente su peso físico lo que convierte esta escena tranquila en una imagen devocional en el sentido original del término. Sin cristal, la superficie se mantiene inmediata: sobre el rostro de María, la estructura del tejido se aprecia con delicadeza; en las zonas negras, destaca con mayor intensidad; y en el cielo, las capas de impresión siguen cada pequeña protuberancia. Al girarla, cambia menos el color que la textura; unas veces sobresalen hilos sueltos, otras se vuelven a unir para formar la imagen. En los párpados de María, los dedos delgados y el bastón en forma de cruz, la reproducción conserva con nitidez las líneas de Rafael; esta precisión se aprecia incluso desde muy cerca.