Il Palazzo Ducale, uno dei capolavori più insigni dell'arte rinascimentale, rappresenta l'autentico tesoro di Urbino, ed e sede della Galleria Nazionale delle Marche. La generale concezione dell'opera si deve a Luciano Laurana, il quale ha battezzato con il suo nome i due affilati Torricini che, alti quasi sessanta metri, costituiscono una invenzione del tutto originale, e rappresentano il simbolo visivo della città. Altri architetti famosi che hanno partecipato al compimento dell'opera, lasciando ampia traccia del loro passaggio, sono Francesco di Giorgio Martini e Girolamo Genga.
La parte più antica è costituita dal lato lungo. ornato da bifore, davanti alla chiesa gotica di S.Domenico. Dopo aver ammirato la compattezza dell'esterno, con stupende finestre e portali si entra nello splendido e armonioso cortile d'onore. dove occorre fermarsi per ammirare le proporzioni dei lati, il disegno di archi e colonne, il gioco cromatico dei materiali usati dal rosso del mattone al chiaro dei marmo travertino. le lodi tessute in latino al grande Federico sul doppio fregio che corre tutt'intorno in alto nel cortile. rendendo nell'insieme ancora più concreto l'ideale di armonia e di equilibrio del primo Rinascimento. Il Palazzo Ducale può essere visitato seguendo un percorso ideale tutto intorno alla figura di Federico II di Montefeltro. Attraverso quella che è stata considerata la prima scalinata monumentale della architettura civile italiana, si accede ai piani nobili che accolgono oggi la Galleria Nazionale delle Marche.

Dell'antica chiesa gotica poco o nulla è rimasto. Uniche tracce superstiti, all'esterno, sono gli archetti incrociati sugli spioventi della facciata, il grande rosone occluso, le finestre gotiche absidali trilobate. Della decorazione interna, invece sono stati recuperati negli anni (1950-60) due cicli pittorici che ornavano le cappelle absidali e che erano rimasti occultati dai rifacimenti settecenteschi. Essi sono ora conservati, parte nel Museo Diocesano "Albani" e parte nella Galleria Nazionale delle Marche. La facciata è oggi caratterizzata da un elegante portale in travertino, opera del fiorentino Maso di Bartolomeo (1449-54), che testimonia l'aprirsi del gusto alla nuova cultura umanistica che si stava affermando in Urbino grazie anche alla nuova costruzione del Palazzo Ducale che proprio dirimpetto alla Chiesa aveva aperto il proprio cantiere con quello che viene chiamato "Il Palazzetto della Jole". Lo orna una lunetta in terracotta dove si staglia, su sfondo azzurro, una Madonna col Bambino e Santi, eseguita nel 1451 da Luca della Robbia (ora in copia, l'originale è esposta nel Palazzo Ducale, per motivi di conservazione). L'interno, rifatto agli inizi del settecento, si presenta ad aula unica, con impianto architettonico grandioso ed elegante. Ai lati dell'arco trionfale sono due tele di Francesco Vanni raffiguranti Angeli; all'altar maggiore troneggia una Madonna col Bambino, San Domenico, Santa Caterina da Siena e Santa Rosa da Lima, opera di Giovanni Conca.
Attualmente vi viene celebrata la S.Messa quasi tutti i giorni per gli universitari.

Sorge sul luogo di un antico ospizio per infermi e pellegini, e dietro una facciata in stile neogotico dell'inizio del secolo XX, nasconde un eccezionale gioiello di pittura, testimonianza di quello stile denominato "gotico fiorito" o "gotico internazionale" . L'interno interamente affrescato, presenta nella parete difondo una maestosa "Crocifissione", mentre su quella di destra vi è un ciclo di pitture raffiguranti la vita di San Giovanni Battista, titolare della Chiesa. Lo straordinario complesso è opera dei fratelli Jacopo e Lorenzo Salimbeni da Sanseverino, che l'eseguirono nel 1416, come attesta la firma posta sotto la Crocifissione. Sulla parete di sinistra si trovano due bellissimi affreschi raffiguranti "La Madonna dell'Umiltà" e "La Madonna in trono col Bambino", entrambi realizzati dai Salimbeni.

La Cattedrale presenta una facciata che ripropone linee e forme neoclassiche; risultato del lavoro svolto dall'architetto francese Joseph Valadier tra il 1789 a il 1801. Nei secoli precedenti, tuttavia, il Duomo ebbe altre forme e altri uomini che si impegnarono nella progettazione e realizzazione. Quando era ancora in vita il Duca Federico da Montefeltro, fu Francesco di Giorgio Martini ad incaricarsi di disegnare la struttura di culto; e i lavori per la realizzazione del progetto si protrassero fino al 1604, quando venne eretta la cupola progettata da Muzio Oddi. Nel 1781 una forte scossa di terremoto danneggiò la cupola e la facciata che era allora incompleta, e a partire da quel momento furono eseguiti interventi di restauro che conferirono alla struttura l'impronta artistica dell'epoca. All'interno della Cattedrale sono custodite opere di notevole pregio, tra cui:"L'Ultima cena" e "Il Martirio di San Sebastiano" di Federico Barocci, la settecentesca "Assunta con San Crescentino e il Beato Mainardo" di Cristoforo Unterpeger.

Edificata nel XIV secolo, in stile romanico-gotico, la chiesa era inizialmente strutturata con due navate. Nel corso del XVIII secolo venne effettuata una ristrutturazione completa sulla base di un disegno il cui autore ci rimane sconosciuto. Dell'antica architettura rimangono testimonianze nel nartece, nel campanile, nella cappella di sinistra. La facciata si presenta con un nartece a sei arcate, con colonne ottagonali in pietra e e capitelli a fogliami. Sul lato sinistro della chiesa si apre una piccola piazza (popolarmente chiamata "piazza delle erbe", per il mercato di fiori e ortaggi che vi si tiene quotidianamente) che costituiva uno dei tre chiostri del convento. Dalla piazzetta si può ammirare lo splendido campanile, completato nel secolo XV, che termina in una slanciata guglia in laterizio. L'interno della chiesa è a tre navate, con pianta a croce latina. L'opera più importante che vi si conserva è la pala d'altare raffigurante il "Perdono di Assisi" dipinta da Federico Barocci. La cappella del S.S. sacramento, sulla destra, è frutto della ricostruzione settecentesca, operata da Giuseppe Tosi, di quella che era la cappella ducale, fatta erigere da Francesco Maria I della Rovere tra il 1511 e il 1516.

Il museo più importante della città è la Galleria Nazionale delle Marche. Essa è ospitata all'interno del Palazzo Ducale dove sono custodite opere dell'arte dal Trecento al Seicento, ma soprattutto dove splendono alcuni dei capolavori più significativi del Rinascimento italiano. Fra essi figurano la Città ideale, la Flagellazione di Piero della Francesca, la Profanazione dell'Ostia di Paolo Uccello, la Muta di Raffaello, ma anche opere di Tiziano, Luca Signorelli, Federico Barocci. Di grande pregio anche le parti decorative dell'edificio, specie i portali e i camini, ma in modo particolare i lavori a intarsio delle porte che raggiungono il culmine nello studiolo, sintesi altissima di arte e cultura. Una considerevole raccolta di ceramiche è esposta al piano superiore.
All'interno del Palazzo Ducale trova posto anche il Museo archeologico, una raccolta di antiche iscrizioni romane, urne, cippi che ripropongono il "Lapidario" creato nel settecento dal Cardinale Giovan Francesco Stoppani.