Costruita fra il 1474 e il 1483, costituisce la più importante opera di fortificazione della città. Venne commissionata e pensata da Costanzo Sforza che perfezionò il sistema difensivo iniziato dal padre Alessandro nei primi anni della signoria sforzesca. Il progetto fu avviato dall’ingegnere Giorgio Marchesi da Settignano e affidato dopo pochi mesi ad altri, forse a Luciano Laurana, la cui presenza a Pesaro è documentata da un contratto del 1476 per fornitura di materiale lapideo destinato alla rocca.

Fin da quest’epoca l’edificio si presenta nella sua struttura: un quadrilatero con le cortine che si uniscono alle torri cilindriche ai quattro angoli e le scale a chiocciola per l’accesso ai torrioni; in pratica, una perfetta architettura bellica pronta a difendere il suo signore. Dopo Laurana (nominato per l’ultima volta in un documento del 12 febbraio 1479, anno della sua morte), i lavori proseguono sotto la guida di Cherubino da Milano, anche se rallentati per la peste che imperversa a Pesaro.

Il 28 ottobre 1500 Cesare Borgia occupa la città, destituisce Giovanni, figlio naturale di Costanzo, e fa confluire nel fossato della rocca l’acqua dell’Adriatico, forse su consiglio di Leonardo da Vinci, suo ingegnere militare. Ristabilito il dominio sforzesco, nel 1503 Giovanni completa l’opera del fossato; a lui si deve anche la sistemazione delle residenze e il restauro complessivo. Morto Giovanni nel 1510, nel 1513 la rocca viene ceduta per ventimila scudi dal fratello Galeazzo a Francesco Maria I Della Rovere, già duca di Urbino e nuovo signore di Pesaro. L’edificio subisce un ulteriore restauro nel 1657 dopo la devoluzione del Ducato alla Stato Pontificio.

Dal 1864 al 1989 la rocca fu trasformata in carcere.