La Galleria Nazionale delle Marche è ospitata nel Palazzo Ducale, straordinaria dimora principesca del Quattrocento, voluta dal duca Federico da Montefeltro (1422 - 1482) signore della città di Urbino dal 1444 al 1482 "gloriae ac posteritati suae". Un "palazzo in forma di città", come lo definì Baldassarre Castiglione, che rispecchia la personalità guerriera ed al tempo stesso illuminata e colta del suo Signore. Vi lavorarono gli architetti Luciano Laurana (1420 - 1479), autore del superbo cortile e della facciata serrata tra i due slanciati torricini, e Francesco di Giorgio Martini (1439 - 1502) che ideò il prospetto principale, la cosiddetta "facciata a due ali". Un primo gruppo di opere, proveniente dagli edifici delle corporazioni religiose soppresse, venne a costituire nel 1861 il nucleo principale della Galleria che, considerata una delle più preziose raccolte d'arte in Italia, fu istituita nel 1912, sotto la direzione di Lionello Venturi, l'allora soprintendente, con l'intento di raccogliere, custodire e valorizzare gli oggetti d'arte provenienti dall'intero territorio regionale. Il percorso, all'interno del Palazzo, oltre a condurre il visitatore in ambienti di grande suggestione, tra cui lo "Studiolo del Duca", la "Cappellina del Perdono" e il "Tempietto delle Muse", lo avvicina alle numerose testimonianze della civiltà figurativa urbinate, e a capolavori assoluti come La profanazione dell'Ostia di Paolo Uccello (1397-1475), La Flagellazione e la Madonna di Senigallia di Piero della Francesca (1415/20-1492), la Pentecoste e la Crocefissione di Luca Signorelli (1441/50-1523), La Muta di Raffaello (1483 - 1520); l'Ultima Cena e la Resurrezione di Tiziano (1487/88-1576), l'Assunzione della Vergine di Federico Barocci (1535 - 1612); la Madonna col Bambino e Santa Francesca Romana di Orazio Gentileschi (c.1563 - 638 o 46). Di recente acquisizione la Collezione Volponi donata dallo scrittore urbinate che comprende, tra l'altro, dipinti del Trecento bolognese e tele del Seicento marchigiano. Importanti le raccolte di disegni e incisioni, la collezione di ceramiche e maioliche dei secoli XV e XVI e il misterioso dipinto della Citta' ideale (1480 c.) che, assieme alle due "Prospettive" conservate una nella Walters Art Gallery di Baltimora e l'altra nello Schloss Museum di Berlino, costituì, come afferma Maria Grazia Ciardi Duprè, il punto di partenza di alcuni fra i maggiori problemi prospettici, urbanistici, di architettura e di spazio che, nel passaggio dal primo al secondo Rinascimento, fondarono la civiltà moderna. Dopo gli ultimi restauri, è possibile visitare anche i sotterranei del Palazzo con la neviera, la selleria, la lavanderia, la cucina, la stalla ed il bagno del Duca.
Nel piano terra di Palazzo Ducale è allestito il Museo Lapidario che espone i materiali che costituivano il "Museo di antiche iscrizioni" voluto dal Cardinale Giovan Francesco Stoppani, che tenne la Legazione urbinate dal 1747 al 1756. La raccolta, in origine collocata nelle soprallogge del Palazzo Ducale, era composta da due nuclei di materiali raccolti in tempi ed in luoghi diversi rispettivamente dall'urbinate Raffaele Fabretti, vissuto tra il 1619 ed il 1700, e dallo stesso Cardinale Stoppani negli ultimi due anni della sua permanenza ad Urbino. Su suo incarico curarono l'allestimento del Museo l'erudito pesarese G.B. Passeri e l'architetto riminese G.F. Buonamici. In occasione dell'inaugurazione, l' 8 settembre 1756, fu dedicata al cardinale Stoppani l'iscrizione oggi esposta nella prima sala del Museo. Nell'attuale allestimento è stato riproposto in linea di massima l'ordinamento settecentesco: le lapidi sono collocate in ventidue specchi lungo le pareti, mentre i materiali di altro tipo (urnette, cippi, are ecc....) hanno trovato posto al centro delle cinque stanze che costituiscono il museo.
