Urbino allora chiamata Urvinum Metaurense fu un importante centro durante le guerre gotiche, venne poi sottratta ai goti dai bizantini e nominata, Procopio.
Passo poi sotto i longobardi e dopo sotto i franchi, fino a quando nel 1200 passò al dominio dei nobili che combattevano tra loro nel Montefeltro; i nobili esercitavano pressioni per diventare podestà poichè non avevano autorità sul comune, quando nel 1213 uno di loro ottenne questo titolo gli abitanti di Urbino si ribellarono e ottennero il controllo della loro città nel 1234.
Nel 1384 Urbino acquisisce Gubbio e da qui, con un grande accrescimento del territorio, si rileva una grande svolta politica.
I Montefeltro ripresero il controllo della città e lo mantennero fino al 1508.
Federico di Montefeltro fu signore di Urbino dal 1444 al 1482, ed è considerato l'esponente più famoso dei Montefeltro; durante gli anni del ducato della Della Rovere, che va dal 1508 al 1631, venne trasferita la corte nella città di Pesaro e Urbino iniziò un lento declino.
Nel 1631 Papa Urbano VIII incorporò Urbino nei territori papali, come aveva richiesto l'ultimo duca poichè non aveva eredi.
Nel 1701 con l'elezione del cardinale Clemente XI, la città ebbe l'ultima grande stagione di splendore, che terminò nel 1721 con la morte di quest'ultimo.
Nel 1789, dopo un forte terremoto e il crollo della cupola della cattedrale, si dovette rifare totalmente la chiesa.
Dal 1797 al 1800 la città venne occupata dalle truppe francesi, che impoverirono ulteriormente il patrimonio artistico della città.
Nel 1809 venne consacrata la nuova cattedrale, nel 1831 ci fu la costruzione del Nuovo Palazzo degli Albani e poi si iniziò a costruire il primo tratto del Corso Garibaldi.
Da questi anni ci furono molte trasformazioni urbanistiche, che determinarono un cambiamento nell'accesso alla città.
L'8 settembre 1860 le truppe piemontesi entrarono ad Urbino e il 29 settembre ci fu la totale conquista della regione Marche; il 17 dicembre, dopo le votazioni, la regione fu annessa ufficialmente al Regno di Sardegna.
Nel 1938 la città divenne sede per la nuova Soprintendenza alla Gallerie e alle Opere d'Arte delle Marche.
La Seconda Guerra Mondiale non portò alla distruzione di Urbino, che non subì nemmeno un bombardamento, ma venne isolata dai collegamenti ferroviari e stradali, sarà poi liberata dall'occupazione nazista il 28 agosto 1944.
L'allora rettore dell'università, Carlo Bo, commissionò nel 1956 all'architetto De Carlo varie ristrutturazioni.
Negli anni Settanta si realizzò il progetto di un parcheggio sotterraneo multipiano nella piazza del Mercatale ed altre ristrutturazioni.
Dal 1998 il centro storico di Urbino è patrimonio dell'umanità Unesco.