Piandimeleto è posto su un pianoro dell'alta valle del Foglia e rientra nel territorio del Parco Regionale Sasso Simone e Simoncello. Il territorio comunale include un'exclave, identificabile nella frazione di Pirlo, compresa tra i comuni di Lunano, Sassocorvaro e Urbino.
Il paese conserva un nucleo medievale a stradine ortogonali con strette casette, alcune delle quali con la cosiddetta porta del morto.
In origine era denominato Planus Mileti, castello concesso in feudo da Papa Gregorio IX ai conti Oliva, famiglia di origini germaniche scesa in Italia sul finire del X secolo.
Domina sull'abitato l'imponente palazzo fortificato (con merlature ghibelline, beccatelli e caditoie) già dei conti Oliva e oggi sede del Comune. Il castello, di origine trecentesca, sorge sui ruderi di un antico fortilizio di epoca carolingia di cui sopravvive la sola massiccia torre quadrata che occupa lo spigolo occidentale. Tutto il resto fu ricostruito in seguito alla distruzione dell'edificio provocata nel 1445 dal duca Francesco Sforza. La ricostruzione, forse su disegno di Francesco di Simone Ferrucci, fu commissionata nel 1480 dal conte Carlo Oliva, amico e alleato di Federico da Montefeltro; fu poi profondamente rimaneggiato nel 1840. Di particolare interesse sono il severo cortile con portico ad arcate e ballatoi sostenuti da pilastri e il salone d'onore con una grande volta a vela e notevoli elementi decorativi (peducci, camini e lavabi a muro).
All'interno dell'antico palazzo dei conti Oliva, oltre alla sede comunale, sono oggi ospitati anche l’Erbario delle Marche, il Museo di Scienze della Terra ed il Museo del Lavoro Contadino, che documenta la vita di campagna negli ultimi trecento anni. In località San Sisto si può visitare il Museo del Fungo.
La parrocchiale di S.Biagio merita una visita per la presenza di due lastre tombali gotiche dei Conti Oliva e per un affresco raffigurante una Madonna con il Bambino e Santi, datato 1576.
Il Convento di S. Agostino è meta di pellegrinaggio religioso e di preghiera. Fu fondato nel XIII secolo e realizzato con stilemi gotici. L’abbazia benedettina di Santa Maria del Mutino rientra nel territorio comunale. Presso la Biblioteca comunale è ubicata anche la Raccolta d’Arte Ugo Ubaldi, che comprende collezioni di oggetti eterogenei risalenti ad epoche e provenienze diverse.
A Piandimeleto, alla fine del mese di luglio, si festeggia il Palio dei Conti Oliva, una rievocazione storica che intende ricordare i festeggiamenti organizzati in onore dei Conti al ritorno dalle battaglie, nel corso dei quali gli arcieri partecipavano a gare di abilità dinnanzi al loro signore per contendersi l’ambitissimo Palio.