Annesso al Duomo, il Museo Diocesano Albani fu fondato nel 1959 e sistemato nel 1964. Il nucleo principale è formato da due ambienti: la sagrestia nuova, d’epoca rinascimentale, e la sagrestia vecchia costruita tra il 1705 e il 1720. Il museo ha preso il nome dalla famiglia Albani, che ha sempre avuto particolari attenzioni per Urbino e per la sua cattedrale. In particolare, molti degli oggetti esposti nel Museo sono stati donati alla cattedrale da Papa Clemente XI e dal Cardinale Annibale Albani.
La prima sala comprende una notevole collezione di ceramiche dei secoli XVI-XVIII, provenienti dal santuario di Battaglia. Nella seconda sala, cosiddetta del tesoro, sono invece esposti preziosi oggetti di culto: antifonari miniati, medaglie, reliquiari, calici, mitre, pastorali. La sala seguente conserva un prezioso calice d'argento e la bella tela del Cialdieri, Madonna col Bambino e Santi Gregorio e Antonio Abate.
