Il palazzo ducale collocato accanto alla Cattedrale, venne edificato intorno alla metà del XV secolo, su commissione del Duca Federico da Montefeltro, e su progetto dell'architetto Maso di Bartolomeo.
La struttura venne realizzata sulle fondamenta di un preesistente palazzo, conosciuto come palazzo della Jole, e ad opera dell’architetto Luciano Laurana, che amava molto lo stile del Brunelleschi. Seguì nel 1472, l’architetto Francesco di Giorgio Martini, che portò a compimento l’edificio, affidando i lavori scultorei ad Ambrogio Barocci.
Dopo un breve periodo di stasi, i lavori rispesero sotto la direzione di Girolamo Genga, a cui si deve il completamento del secondo piano, e l’eliminazione della merlatura nella parte superiore.
Oggi il palazzo Ducale accoglie la Galleria Nazionale delle Marche dove sono custodite ed esposte le pitture dei seguenti artisti: Raffaello, Piero della Francesca,Paolo Uccello, Tiziano e Melozzo da Forlì.