Alla stessa epoca risalgono le decorazioni scultoree di Ambrogio da Milano e Domenico Rosselli, mentre i soggiorni urbinati di Piero della Francesca restano documentati ancor oggi nelle collezioni del Palazzo dalla tavoletta della Flagellazione di Cristo e dalla Madonna di Senigallia. A Bramante sono stati attribuiti i due piccoli sacelli delle Muse e del Perdono che si trovano all'interno del Palazzo.

A Francesco di Giorgio Martini spetta la chiesa di San Bernardino che si trova al di fuori della città e conserva i sepolcri dei duchi Federico e Guidobaldo da Montefeltro. Contemporanei (seconda metà del XV sec.) e di tipo lauranesco sono i palazzi Passione, Palma, Luminati e Semproni, mentre l'ex convento di Santa Chiara spetta a Francesco di Giorgio Martini.

Da ricordare pure la casa natale di Raffaello, sede dell'Accademia Raffaello, in cui è fra l'altro conservato un affresco ritenuto autografo. Di minore interesse i monumenti che risalgono a epoche successive: il duomo, originario del XV sec., presenta l'interno rifatto (1789) dal Valadier e la facciata dell'inizio del XIX sec.

Il Palazzo Ducale è anche la sede della Galleria nazionale delle Marche che possiede opere di Paolo Uccello, Luca Signorelli, Tiziano, Gentileschi, ecc., oltre a numerose altre relative ai maggiori pittori urbinati (G. Santi, T. Viti, Raffaello, Baroccio, ecc.) e ad artisti marchigiani.