Une jeune femme est assise en vue de trois quarts devant une loggia ouverte, son regard pâle croisant celui du spectateur tandis qu'elle berce un petit unicorn dans ses bras. L'unicorne, symbole de chasteté, suggère que le portrait était destiné à montrer la vertu de la modèle et son adéquation au mariage. La composition rappelle de près la Mona Lisa de Léonard, avec la figure encadrée par des colonnes et un paysage lointain, cependant, l'expression de la modèle est décrite comme froide et vigilante plutôt qu'énigmatique.

Un examen technique a révélé que Raphaël avait initialement esquissé un petit chien—un emblème de fidélité—sous l'unicorne, mais l'a laissé inachevé et l'a remplacé par la créature mythique. Au XVIIe siècle, la peinture a été largement repeinte pour transformer la modèle en Sainte Catherine d'Alexandrie, mais la restauration du XXe siècle a supprimé ces ajouts et a restauré la vision originale de Raphaël. Peint vers 1505–1506, Portrait d'une jeune femme avec un unicorn se situe à la frontière de la période mature de la Haute Renaissance de Raphaël, reflétant son engagement envers le portrait florentin contemporain.