Il duomo di Urbino in stile neoclassico fu realizzato nel 1021 a pianta ruotata di novanta gradi rispetto e in dimensioni più piccole rispetto a quello attuale.
Ricostruita nel XV secolo per volere di Federico da Montefeltro, e su progetto di Francesco di Giorgio Martini, la chiesa venne subito distrutta da un terremoto che colpì la città nel 1789.
Seguì una nuova ricostruzione del duomo ad opera dell’architetto Giuseppe Valadier, che si concluse nel 1801.
L’attuale facciata è stata realizzata in pietra del Furlo da Camillo Morigia per volere dell'arcivescovo Domenico Monti; da ammirare le cinque statue, collocate sul frontone, che rappresentano le Virtù Teologali, e quelle che raffigurano Sant’Agostino e San Giovanni Crisostomo situate sugli altrettanti spioventi.
Il duomo è preceduto da una gradinata eseguita nel 1859 su disegno dell'arcivescovo Alessandro Angeloni, caratterizzata da una balaustra, decorata sulla sinistra dalla statua del Patrono San Crescentino e sulla destra dalla statua del Compatrono Beato Mainardo.
La chiesa è internamente a croce latina e divisa in tre navate coperte da volta a botte: all'incrocio del transetto si eleva la cupola a cassettoni.
Tra le opere d'arte citiamo le due tele che raffigurano rispettivamente il San Sebastiano e l’Ultima Cena eseguite da Federico Barocci, il dipinto dell’Assunta realizzato da Carlo Maratta, e infine la tela della Natività della Vergine di Carlo Cignani.
Da ammirare la pala che sovrasta l’altare maggiore situato nell'abside, che raffigura la Madonna tra i santi protettori di Urbino, opera di Cristoforo Unterperger.