Эту знаменитую библиотеку герцог Федерико собирал преимущественно во вторую половину правления, с 1460 по 1482 г., увлекшись книгами под влиянием своей образованной второй жены Баттисты Сфорца. Коллекция включала только рукописи, выполненные большей частью на пергаменте; многие из них были переписаны и богато украшены в собственном скриптории герцога. В составе библиотеки числилось более 600 книг на латыни и вольгаре, 168 – на греческом, 82 – на еврейском и 2 – на арабском; кроме полного собрания известных на то время античных авторов, она включала главным образом труды философского, теологического, естественно-научного и технического содержания. Библиотека не подверглась разграблению даже во время захватов Урбино войсками Чезаре Борджиа в 1502 г. и Лоренцо II Медичи в 1516 г. В 1517 г. Франческо Мария делла Ровере, на время отбив Урбино у Медичи, вывез книги деда в Мантую; они вернулись на место после его восстановления на урбинском престоле. Собрание было значительно расширено при его внуке Франческо Мария II (1549–1631), а после смерти последнего, в связи с отсутствием наследника и присоединением герцогства к владениям Святого престола, было вывезено в Рим, где вошло в состав Ватиканской апостольской библиотеки.