A Urbino, Rinascimento Segreto trova spazio nelle Sale del Castellare di Palazzo Ducale, uno dei più importanti esempi architettonici e artistici del Rinascimento italiano e il progetto più ambizioso di Federico da Montefeltro.
Prima degli interventi voluti dal duca, la residenza era costituita da un semplice palazzo sul colle meridionale, affiancato da un castellare posto sull'orlo del dirupo verso Porta Valbona. La trasformazione del complesso contribuì a fare del Palazzo Ducale uno dei simboli della cultura rinascimentale.
La sezione urbinate raccoglie quaranta opere tra dipinti e disegni, realizzate da artisti rappresentativi delle principali scuole pittoriche italiane.
La scuola toscana è rappresentata da Piero del Pollaiolo, Francesco di Giorgio Martini, Benvenuto Cellini, Pontormo e Baccio Bandinelli; quella ferrarese dal Maestro di Casa Pendaglia, dal Maestro delle Anconette ferraresi, da Benvenuto Tisi detto Garofalo, Dosso Dossi, Ludovico Mazzolino e Giovanni Battista Benvenuti detto Ortolano.
Il percorso comprende inoltre esponenti dell'area emiliana e romagnola, tra cui il Maestro di Castrocaro, Bernardino da Tossignano, Bartolomeo Ramenghi detto il Bagnacavallo, Girolamo Marchesi, Antonio da Crevalcore, Amico Aspertini, Parmigianino, Giacomo e Giulio Francia e Lelio Orsi.
Alla tradizione umbra, adriatica e centroitaliana appartengono invece Giacomo di Nicola da Recanati, Paolo da Visso, Nicola di Maestro Antonio, Nicolò di Liberatore detto l'Alunno, Raffaello, Perugino, Giulio Romano, Cola dell'Amatrice e Giovanni Francesco Penni.
Completano il percorso opere del piacentino Antonio de Carro, dei piemontesi Defendente Ferrari e Gaudenzio Ferrari e dei veronesi Liberale da Verona e Nicolò Giolfino.