La mole fortificata, che domina la città dall'alto del cosiddetto Pian del Monte, fu realizzata nella seconda metà del XIV secolo per volontà del cardinale Egidio Alvares de Albornoz, cui si deve la riorganizzazione dei territori marchigiani appartenenti allo stato della Chiesa. Questi aveva infatti giudicato inadeguato il vecchio fortilizio feltresco che sorgeva in prossimità. Messa a dura prova nel corso dell'assedio capeggiato da Antonio da Montefeltro - che tornava a Urbino nel 1375, forte della rivolta popolare che gli aveva riconsegnato la città- subì diverse distruzioni e ricostruzioni nel corso del secoli. Queste ne hanno variamente trasformato la struttura edilizia, che oggi si caratterizza per un impianto rettangolare munito di cortine scarpate continue, torri semicircolari e bastioni. All'inizio del Cinquecento, per opera dell'architetto urbinate Giovanni Battista Comandino, al servizio del duca Guidubaldo I e successivamente di Francesco Maria II della Rovere, la rocca fu raccordata alla nuova cinta di mura bastionate della città, di cui venne a costituire l'avamposto nord-settentrionale.
Alcuni rifacimenti risalgono infine al 1799, epoca dell'occupazione francese.