L’Oratorio, intitolato alla Santa protettrice della cultura, e definito dal ’300 “Santa Caterina dei disciplinati”, ospitava già a quel tempo la Confraternita degli Artisti durantini. Il piccolo edificio fu completamente ricostruito a partire dal 1522 da Taddeo Zandrini. Per la sua costruzione furono utilizzati vecchi laterizi della Rocca, che in quel periodo venne demolita.
Erano membri tutti gli artisti che gravitavano intorno alla corte ducale di Urbania e di Urbino: pittori, scultori, maiolicari e musicisti. Tra la metà del XVI e la fine del secolo successivo la chiesa fu decorata da diversi artisti: Donnino Berti, Giovan Giacomo Pandolfi, Apolloni, Agostino, decoratori come Tommaso Amantini che scolpì le statue nelle nicchie e parti del soffitto. La pala d’altare dipinta dal Berti, su cartone di Taddeo Zuccari, raffigura “Santa Caterina d’Alessandria trasportata dagli angeli”, commissionato da Lorenzo Centi notaio, nel 1592. Sulla parete laterale e precisamente nell’altare di sinistra è presente il dipinto raffigurante Madonna con Bambino, San Carlo Borromeo, Santa Rosa da Viterbo, Santa Caterina d’Alessandria e Santa Francesca Romana, tela datata 1615 e firmata da Gian Giacomo Pandolfi. Di quest’opera esiste un disegno preparatorio conservato nella Biblioteca Comunale di Urbania facente parte della raccolta ducale. La facciata classicheggiante si apre su una via centrale di Urbania; l’elemento decorativo principale è costituito dal portale in pietra arenaria grigia incorniciato da due colonne doriche che sorreggono un fregio a triglifi coronato da timpano. La chiesa è caratterizzata da notevoli lavori di stucco decoranti, la volta e parte delle pareti. Sul soffitto sono raffigurate le Virtù teologali entro tondi, mentre nei riquadri con angoli smussati sono ritratti episodi della vita di Santa Caterina d’Alessandria.