Die Geheimnisse: Das berühmteste Geheimnis dieser Tafel ist die Identifizierung der Madonna mit Agnès Sorel, der laut Zeitgenossen "schönsten Frau der Welt". Sie starb 1450 und war die erste offizielle Mätresse eines französischen Königs. Étienne Chevalier, der Auftraggeber des Werks, war einer ihrer Testamentsvollstrecker. Das Gemälde ist somit eine Form der transgressiven posthumen Hommage, die die Schönheit der Favoritin in den Zügen der Himmelskönigin verewigt – eine Praxis, die viele spätere Betrachter schockierte.
Eingehende technische Analysen haben ergeben, dass das Gesicht der Madonna eine perfekte geometrische Struktur besitzt. Fouquet verwendete Zirkel, um die Wölbung der Stirn und der Brüste nachzuzeichnen, wobei er eine "ideale Schönheit" anstrebte, die auf mathematischen Proportionen basierte und nicht auf der direkten Beobachtung der Natur. Dies erklärt das seltsame, fast unmenschliche Aussehen der Figur, die eher gemeißelt als gemalt wirkt.
Ein weiteres Geheimnis liegt im ursprünglichen Rahmen des Diptychons. Er war einst mit blauem Samt umgeben, in den Perlenmonogramme eingestickt waren, und enthielt ein Selbstporträt von Jean Fouquet selbst auf einem Email-Medaillon (heute im Louvre). Es war das erste Mal, dass ein Künstler sein Werk so offensichtlich und persönlich signierte und damit seinen Status als Intellektueller und nicht mehr nur als einfacher Handwerker behauptete.
Schließlich ist das Schicksal des Werkes selbst ein historisches Geheimnis. Das Diptychon blieb bis zum Ende des 18. Jahrhunderts in der Kirche von Melun über dem Grab von Étienne Chevalier, bevor es getrennt wurde. Der linke Flügel (Étienne Chevalier und der Heilige Stephanus) befindet sich in Berlin, während diese Madonna in Antwerpen ist. Diese physische Trennung verschleierte lange Zeit den von Fouquet beabsichtigten visuellen Dialog zwischen dem Stifter, dessen Blick auf die Madonna gerichtet ist, und dieser erstarrten himmlischen Erscheinung.