Il museo è allestito nel Palazzo Ducale, costruito nel XIII secolo dai Brancaleoni e trasformato per volere di Federico da Montefeltro da Francesco di Giorgio Martini (1472) e da Girolamo Genga (1515). Conserva una piccola parte delle raccolte archeologiche, artistiche e bibliografiche dei duchi Della Rovere. Da segnalare: i due rari globi terrestre (1541) e celeste (1551) di Gerardo Mercatore, il globo terrestre di Francesco de Mongenet e le carte geografiche del XVI-XVIII secolo; la raccolta Ubaldini di disegni, tra cui quelli di Federico Barocci, Claudio Ridolfi e Giovanni Francesco Guerrieri, e di incisioni di artisti fiamminghi collocabili tra XVI e XVII secolo; dipinti (XVI-XIX secolo) di Domenico Peruzzini (Visione di S. Giovanni a Patmos e S. Giovanni a Efeso), di Claudio Ridolfi (Martirio di S. Giovanni Evangelista), un grande S. Cristoforo attribuito ad Amico Aspertini, il Ritratto della contessa Leoneta Ubaldini Leonardi di Federico Zuccari; le maioliche che documentano la straordinaria fioritura di questa arte che a Castel Durante, l'antica Urbania, ha avuto origine nel XV secolo