On y retrouvera le cycle de fresques détachées provenant de l’église de San Domenico d’Urbino, qui, avec la Trinité de Casteldifabbri, témoignent de l’activité d’ Antonio Allati de Ferrara (fin XIV°-début XV°) qui en dépit de ses origines émiliennes, est la plus originale expression du Gothique International produit dans le duché d’Urbino.  Dans le même contexte, on trouvera des peintures de Battista Franco (vers1510-1561) provenant de la coupole de la cathédrale, remontant au XV°. Ce peintre s’insère dans le Maniérisme italien et est  considéré par Michel-Ange comme modèle de référence.

Les codes ornés de miniatures proviennent de la cathédrale attestent l’activité de participation artistique du chapitre de la cathédrale. A côté des coraux datant de 1300, on trouvera le missel réalisé par un anonyme atelier de miniaturiste du centre de l’Italie brillant par sa richesse et la qualité de ses décorations : les majuscules décrivent les moments liturgiques plus importants de l’année. Les artistes racontent un passage de témoin entre la culture fleurie et précieux du gothique international à celle de la Renaissance. Le chef d’œuvre  de la culture de la région en matière d’usage de la perspective  conférant à Urbino le titre de centre de l’  « humanisme mathématique » est le missel orné de miniatures réalisé par Bartolomeo della Gatta (1448-1502) qui s’appuie sur le style de perspective de Piero della Francesca (vers 1416-1492) en citant la célèbre scène de la flagellation dans le martyr de Sainte Agathe.

Dans les meubles de la sacristie, conçus dès la fin du XVIII° comme conteneurs pour la conservation et l’expression des objets d’art, il est possible d’admirer des objets précieux en argent et des objets liturgiques provenant de la cathédrale, des céramiques produites à Urbino, Urbania et Pesaro. Des exemples de cette école du Metauro, références parfaites pour la production de tels objets de la moitié du XVI° jusqu’à la fin du siècle suivant, dans une optique internationale.