Già prima del Cinquecento si ha testimonianza di un mausoleo costruito per volere di Alessandro Sforza, che però viene demolito come la chiesa antistante nel 1536 per volere del duca Francesco Maria I Della Rovere. La nuova chiesa è stata progettata dall'architetto urbinate Gerolamo Genga (1476-1551) nel 1537 ed è stata portata a termine dal figlio Bartolomeo (1518-1558).
L'interno è a croce latina con presbiterio ottagonale e nove altari (dei quali ne rimangono cinque). All'interno della chiesa sono conservati: un affresco di scuola riminese del Quattrocento, due tele di Gian Giacomo Pandolfi e una attribuita ad un suo allievo, un'altra tela della scuola del Barocci e il monumento funebre neoclassico del poeta Giulio Perticari, opera di Luigi Mainoni. Fa parte della chiesa anche il convento che oggi ospita la Biblioteca San Giovanni.
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