Il monumento più insigne della città fu fatto erigere da Alessandro Sforza nella seconda metà del sec. XV, restaurato e ampliato dopo un rovinoso incendio scoppiato nel secolo successivo, da Girolamo e Bartolomeo Genga per volere dei Della Rovere. Il primo nucleo dell'edificio, corrispondente alla parte posteriore, si deve, molto probabilmente, a Malatesta Guastafamiglia (m. 1364); ad Alessandro Sforza, l'ampliamento (1461-65) e la costruzione della facciata; nel sec. XVI Guidobaldo II Della Rovere fece costruire, per opera di Girolamo e Bartolomeo Genga, l'ala sul corso XI Settembre e il cortile, col portale.La facciata, restaurata di recente, consta di un portico di sei arcate rette da pesanti pilastri a bozze probabilmente rivestiti nel sec. XVI e di un piano superiore con cinque finestre edicolari (ispirate al Palazzo Ducale di Urbino) dall'asse spostato rispetto agli archi sottostanti e coronate di stemmi, festoni e putti, attribuiti a Domenico Rosselli; in alto, sopra il cornicione, corre una semplice merlatura. Il fianco destro, l'unico visibile, ha l'arco terminale del portico gotico e, al piano superiore, due grandi finestre simili a quelle della facciata, prive però di coronamento.Interno. Per un grandioso portale dagli stipiti a nodi, si entra nel rettangolare cortile d'onore, della prima metà del '500, con eleganti finestre. Di fronte, un secondo portale sovrastato da un grazioso balcone, dà accesso alla scala che porta al 1° piano, occupato dagli uffici della Prefettura, dove si trovano belle sale decorate da arabeschi. Al termine della scala, si entra nella Sala d'aspetto, nella cui parete di fronte è un grandioso camino del '500 di Federico Brandani, con bassorilievo rappresentante una corsa di bighe davanti alle tre mete, emblema di Guidobaldo Della Rovere. Un lungo corridoio porta al salone Metaurense, amplissimo ambiente (m 34 x 16.50) illuminato da grandi finestre e con magnifico soffitto a cassettoni, che occupa il primo piano della parte anteriore del palazzo; nel 1475 vi furono celebrate con grande pompa le nozze di Costanzo Sforza con Camilla d'Aragona. Altro ambiente con volte sfarzose, di Bartolomeo Genga, è la Saletta da bagno cosiddetta di Lucrezia Borgia, moglie di Giovanni Sforza, elegantemente decorata. Al piano terra, la sala Laurana, subito dopo l'ingresso principale, ospita mostre ed esposizioni di vario genere assieme al salone Metaurense