Edificio rinascimentale voluto da Federico da Montefeltro e realizzato dall’architetto Francesco di Giorgio Martini. Al suo interno sono presenti la replica dello studiolo di Federico (i cui apparati lignei si trovano al Metropolitan Museum di New York), alcuni arredi originali, una raccolta di opere pittoriche (XIII-XVIII secolo), le vestigia delle strutture medioevali; nei piani alti sono visibili le opere vincitrici della Biennale di Arte Contemporanea di Gubbio. Il Palazzo ha ospitato mostre (tra le quali: Light Art, parte del progetto Lightquake 2017, fino al 25 febbraio 2017; Giuseppe Magni e la maiolica dello Storicismo, fino al 20 maggio 2018; Medioevo fantastico; Imbilico. Perpetua motus terra), eventi (come Palazzo Ducale Wedding), corsi (come quello di scherma storica), laboratori didattici. Le fiammelle di Federico hanno ispirato una linea di pelletteria dedicata al Palazzo da Vodivì. 

Nel marzo 2018è stata inaugurata l’esposizione permanente delle Otto Tavolette di Taddeo di Bartolo.