Il Palazzo Ducale è il maggiore monumento di Urbino: caratterizzato dalle due facciate (una sulla Piazza – in stile quattrocentesco – e una che guarda verso la vallata, arditamente costruita a strapiombo sulla rocca – in uno stile che ricorda a tratti l’architettura orientale grazie ai due “torricini”) fu iniziato poco dopo il 1450, per iniziativa del duca Federico da Montefeltro (famoso è il ritratto dei profili del duca e della moglie Battista Sforza – oggi conservato agli Uffizi a Firenze – ad opera di Piero della Francesca, suo artista di corte), sui resti dell'antica rocca e alla sua realizzazione parteciparono, in misura non completamente definibile e per fasi successive, Luciano Laurana (1468-1472) e Francesco di Giorgio Martini e, molto tempo dopo (1563), Girolamo Genga, che aggiunse un piano alla costruzione.
Famosi sono anche i cortili del Palazzo, in particolar modo il cosiddetto Cortile d’Onore: una delle più perfette realizzazioni architettoniche del XV secolo.

L'interno del palazzo conserva solo in parte le opere eseguite dai numerosi artisti che lavorarono per il duca Federico: resta la Comunione degli apostoli di Giusto di Gand e una parte dei ritratti degli uomini illustri che il pittore fiammingo eseguì, assieme allo spagnolo Pedro Berruguete, per lo studiolo ducale, ambiente raffinato che mantiene tuttora la famosa decorazione a tarsie lignee con effetti prospettici, eseguita probabilmente da B. Pontelli su disegni di vari artisti fra i quali sicuramente Botticelli e Francesco di Giorgio Martini.