Il palazzo, il più antico dei quattro che sorgono ai lati di piazza del Popolo, viene costruito a più riprese dai Signori che governano la città nel periodo fra 1285 e il 1625: i Malatesta, gli Sforza e i Della Rovere. Il nucleo originario si deve probabilmente ai Malatesta (1285-1445) e precisamente a Malatesta dei Sonetti (1368-1429). Alessandro Sforza per primo (duca dal 1445 al '73) amplia la dimora ducale per adeguarla alle esigenze di una moderna corte rinascimentale, iniziando la ristrutturazione che ingloba la parte malatestiana entro un corpo di fabbrica affacciato sulla piazza con altri tre edifici disposti intorno ad un cortile quadrangolare. Il figlio Costanzo (1473-'83) continua ad abbellire la corte chiamando presso di sé artisti illustri come lo scultore pistoiese Domenico Rosselli che scolpisce porte, camini e finestre poi andati distrutti ad eccezione delle finestre del Salone Metaurense. Solo il corpo frontale della dimora sforzesca si è conservato, anche se con alcune modifiche. Della facciata la parte più integra è quella inferiore con un ampio porticato in sei arcate; la parte superiore ha subìto modifiche molto più radicali. La merlatura che corona l'edificio, più volte modificata, viene sostituita da un cornicione nel 1774; l'attuale, del 1926, è di proporzioni molto più vistose rispetto a quella quattrocentesca. Le arcate delimitano un'ampia loggia aperta con volte a crociera che si ripetono nel vestibolo. Tracce quattrocentesche ritornano nella Sala Laurana. Eventi bellici insieme con l'incendio del 1514 danneggiano pesantemente la dimora sforzesca. I Della Rovere, nuovi signori di Pesaro (1513-1625), provvedono prima di tutto alla ricostruzione. Tra il 1523 e il '32, Francesco Maria I affida i restauri a Girolamo Genga che ristruttura integralmente i palazzi sforzeschi senza modificarne l'estensione. Con Guidubaldo II (1538-'74) i lavori proseguono verso la metà del '500 affidati al figlio di Girolamo, Bartolomeo, che rivede integralmente l'assetto degli interni e completa l'ala lungo il corso fino a via Barignani, iniziando la costruzione a pianterreno dei botteghini per gli artigiani. Le nozze del duca con Vittoria Farnese nel 1548 sono un'ulteriore occasione per ampliare e abbellire il palazzo cui viene dato un aspetto sfarzoso grazie anche al contributo di artisti come Federico Brandani, Taddeo Zuccari e Ludovico Carracci. Tra il 1562-'65 viene edificato, sotto la direzione di Filippo Terzi, il corpo posteriore lungo via Barignani. Guidubaldo porta a compimento il progetto paterno di uguagliare in fasto gli altri principi italiani; dopo di lui Francesco Maria II (1574-1625) - in vista delle nozze del figlio Federico Ubaldo con Claudia de' Medici - affida nel 1616 a Niccolò Sabbatini la costruzione dell'ala tra la piazza e via Zongo adibendola ad appartamento del figlio. Con Francesco Maria II inizia tuttavia la lenta e progressiva decadenza della corte che investirà l'intero ducato. La morte immatura di Federico Ubaldo determina la fine dei Della Rovere. Con il cortile d'ingresso si entra nella parte cinquecentesca fatta costruire dai Della Rovere; agli interni si accede dalla sala d'attesa caratterizzata da un camino di Bartolomeo Genga ma è nel Salone Metaurense che l'apoteosi della famiglia raggiunge l'apice. Tra gli spazi esterni rovereschi ci sono, oltre al cortile d'ingresso, il cortile della "caccia" e il giardino segreto. Dopo la devoluzione del Ducato alla Santa Sede nel 1631, il palazzo diviene abitazione dei cardinali legati causando la decadenza di gran parte degli appartamenti. Per tutto il '700 numerosi sono stati i danni dovuti a cause naturali e umane. Solo verso la metà dell'800 si è avuta una piccola rinascita del palazzo dovuta ai prelati che commissionarono a Romolo Liverani le decorazioni delle cinque sale del corso. Dopo la proclamazione del Regno d'Italia, il palazzo è divenuto - e lo è tuttora - sede degli uffici della Prefettura. Dal 1920 al 1936 ospita i Musei Civici prima della loro sistemazione definitiva in palazzo Toschi Mosca.
Fra le note artisticamente più pregevoli del palazzo si trovano: il notevole camino della sala d'aspetto, opera di Federico Brandani raffigurante una corsa di bighe intorno alle mura roveresche e i due putti laterali ad esso di Domenico Rosselli (1439-1497); gli eleganti arabeschi delle due sale che precedono il salone metaurense; il camerino da bagno, detto di Lucrezia Borgia moglie di Giovanni Sforza, con i suoi splendidi stucchi policromi (XVI sec.). Fra le più significative personalità artistiche che operarono nel palazzo, si segnalano gli architetti ducali Girolamo e Bartolomeo Genga, Filippo Terzi e Niccolò Sabbatini, lo scultore Federico Brandani, i pittori Taddeo Zuccari e Ludovico Carracci.
Visitabile in occasione di itinerari guidati
informazioni Comune di Pesaro/Servizio Musei tel 0721 387474

L'attuale fisionomia architettonica dell'edificio corrisponde a quella assunta dalla chiesa nel corso dei lavori ottocenteschi: l'interno presenta una pianta a croce latina suddivisa in tre navate scandite da pilastri che sorreggono un soffitto a cassettoni, con ampia cupola a crociera. L'esterno presenta invece una sovrapposizione di volumi diversi, corrispondenti all'ottagono della cupola e al semicilindro dell'abside e della torre campanaria con grandi aperture ad arco. La facciata medioevale (XIII sec.) lasciata integra ed inalterata, costituisce senza alcun dubbio per Pesaro l'unico esempio di architettura romanica.
Elementi artisticamente degni di nota sono i due leoni stilofori di epoca romanica: sculture databili al XII e XIII secolo che fiancheggiano il semplice portale ogivale, in pietra bianca, di origine trecentesca.

Officiata dai Padri Servi di Maria, il cui Ordine risale al 1233 e che abitano nel retrostante convento, la chiesa, connessa con le origini dell'insediamento francescano pesarese, venne consacrata a San Francesco nel 1359.
Ordine e chiesa di San Francesco furono particolarmente prediletti dai Malatesta, che durante la loro signoria sulla città di Pesaro favorirono gli ordini "mendicanti" di San Francesco, San Domenico e Sant'Agostino, che vennero a stabilirsi entro le mura.
Pandolfo II Malatesta, signore di Pesaro dal 1355 al 1373, fu promotore di vasti lavori di ristrutturazione e abbellimento dell'intera chiesa di San Francesco, compreso - probabilmente - anche il rifacimento del portale, databile tra il 1356 e il 1373, anno della morte di Pandolfo.
La chiesa di San Francesco subì vari rifacimenti già nel Cinquecento: nel 1503 fu distrutto dalle artiglierie del duca Valentino il campanile, assieme a quello della Cattedrale.
Nel Settecento la chiesa subì una radicale trasfromazione sia all'interno, risolto in una tipica chiesa conventuale piena di stucchi e di colonne marmoree, sia all'esterno, come testimonia l'ampia e scalza facciata settecentesca in cotto su cui spicca - unico superstite dell'oroginaria chiesa malatestiana - il mirabile portale gotico del medesimo stile dei portali delle chiese di Sant'Agostino e di San Domenico, per quanto diversi nella parte ornamentale.
Gli ornati portali tardo-trecenteschi che arricchiscono la facciata delle chiese dei tre ordini religiosi - francescano, domenicano e agostiniano - insediatisi a Pesaro nel corso del Duecento, sono gli unici notevoli monumenti scultorei pesaresi d'età romanica e gotica giunti sino a noi.
Il portale della chiesa di San Francesco, in pietra bianca e marmo rosso di Verona, è generalmente considerato il più antico, assemblato in tempi diversi e con parti stilisticamente disomogenee. L'esemplare restauro ultimato nel 1994 ha permesso il recupero della tonalità e bicromia originale, frutto del gioco cromatico del marmo bianco alternato con pietra rosa.
La chiesa ha assunto l'attuale dedicazione di santuario della Madonna delle Grazie nel 1922, quando vi è stata trasferita la venerata immagine della beata Vergine delle Grazie, fino allora conservata nella chiesa dei Servi che sorgeva nel piazzale Matteotti, sull'area dello spiazzo antistante il fabbricato del liceo classico "Terenzio Mamiani": edificata dai Serviti nel 1481, fu soppressa e demolita nel 1922 da un insano piano regolatore.
Il tradizionale culto della Vergine delle Grazie fu allora trasferito nella vicina chiesa di San Francesco che, mutando il nome in santuario della Madonna delle Grazie a seguito della traslazione della tavola della Beata Vergine dipinta dal pittore fanese Pompeo Morganti nel 1545, è divenuta sede della liturgia e devozione mariana.
L'interno ha tre navate e nove altari, con dipinti dei sec. XVI-XIX.
Vi sono conservate anche sue arche sepolcrali in pietra a marmo: quella della Beata Michelina Metelli, terziaria francescana morta nel 1356, fu fatta costruire da Pandolfo II Malatesta per lo scioglimento di un voto fatto nello stesso anno per uno scampato naufragio. L'arca di Paola Orsini, seconda moglie di Pandolfo II Malatesta, morta nel 1371, fu commissionata dal marito, che sopravvisse alla moglie due anni.
La chiesa era nel Trecento e Quattrocento ricca di cicli affrescati, di cui è rimasta testimonianza attraverso frammenti di pitture rinvenuti sulle pareti e sui pilastri.