Si entra dal cortile d’onore, opera di Luciano Laurana, sereno e chiaro con le sue sapienti proporzioni (6 archi il lato lungo, 5 archi quello corto), reso ancora più elegante dall’iscrizione latina che scorre su due livelli lungo il perimetro e che celebra il duca Federico. A sinistra si trova la Biblioteca del Duca, dallo splendido soffitto decorato, con al centro un medaglione con l’aquila nera, simbolo dei Montefeltro, e le lettere FD (Federico Duca) che ricorrono, assieme a FC (Federico Conte), in tutto il palazzo. Sempre al piano terra si trova il Museo Archeologico, con una raccolta di iscrizioni romane, cippi e urne, raccolte nel ‘700 dal cardinale Giovan Francesco Stoppani.

La delicata facciata esterna dell’ala occidentale con i caratteristici torricini e i balconi sovrapposti, ormai simbolo di Urbino, è rivolta idealmente verso Firenze, capitale della cultura umanistica e rinascimentale.
Da visitare l’appartamento della Duchessa  che ospita diversi capolavori del XVI secolo, tra cui La Muta, il celebre ritratto di gentildonna realizzato da Raffaello intorno al 1507, nonché  lo Studiolo del Duca,  una stanza-scrigno  con raffigurazioni in legno intarsiato, probabilmente su disegni di Botticelli e con un prezioso soffitto azzurro e oro.