La costruzione della chiesa di San Francesco, in stile romanico-gotico, risale alla seconda metà del Trecento. Inizialmente la chiesa era a due navate, e fu poi profondamente modificata con una serie di interventi tra il 1732 e il 1751. Dell'antica chiesa resta solo il portale, con i fregi eseguiti da Costantino Trappola nel 1516-1517. Il portico si incastona in una facciata che è rimasta incompleta nella parte superiore: le arcate sono a tutto sesto, con colonne ottagonali. La torre campanaria è rimasta intatta nella sua elegante bellezza, con le bifore e le curvature ad arco, la guglia piramidale, i conci e le bianche striscie in pietra del Furlo che conferiscono alla facciata grazia e leggerezza. L'interno è a tre navate, con quella centrale più ampia di quelle laterali. La chiesa accoglie le spoglie di numerosi personaggi illustri: i genitori di Raffaello, Timoteo Viti e Federico Barocci, l’architetto G. Battista Comandino e di Bernardino Baldi. Nella sua cripta e nei diciotto altari sono i sacelli delle famiglie nobili di Urbino: Biancalana, Boni, Palma, Buffi e tanti altri. Fra le opere conservate, si possono ammirare: nel coro, il Perdono di Assisi, pregevole tela del Barocci; un Crocefisso attribuito ai Salimbene; un affresco del XV secolo; nella Cappella Paltroni, il Cristo Morto.