Vi si possono ammirare grandissimi capolavori come la predella della Profanazione dell'ostia di Paolo Uccello, la Madonna di Senigallia e una straordinaria Flagellazione di Piero della Francesca, la Città ideale di Laurana e La Muta, di Raffaello. Da non perdere il superbo studiolo, ornato da tarsie, dove il duca Federico si ritirava per leggere.