Casata nata dai conti di Carpegna nel X secolo e da sempre ghibellina, i Montefeltro mutarono il proprio orientamento in seguito a una dura sconfitta contro papa Innocenzo IV, assecondando la causa papale e divenendo una tra le più fedeli famiglie guelfe.
Ottenuto il titolo di duca di Urbino grazie a papa Eugenio IV, Oddantonio II fu ucciso in una congiura e nel 1444 gli succedette il fratellastro maggiore Federico. Una successione turbolenta, poiché la sua legittimità era messa in seria discussione dalla diceria secondo cui egli fosse figlio di Bernardo degli Ubaldini e non del conte di Urbino Guidantonio da Montefeltro; lo stesso papa evitò di conferirgli il titolo ducale. Una congiura ordita dai legittimisti fu rapidamente stroncata e, con la decapitazione dei principali responsabili, Federico ottenne la propria legittimazione.
Alleato di Francesco Sforza, accrebbe il suo potere acquistando dai Malatesta i territori limitrofi al feudo. La famiglia rivale — imparentata peraltro da numerosi matrimoni con i Montefeltro — non mancò di minare il potere di Federico fomentando ribellioni, tra cui quella di Fossombrone, che egli represse violentemente per fungere da monito a chiunque, sotto il suo dominio, avesse osato sollevarsi. La rivalità volse rapidamente a suo vantaggio: sconfisse Sigismondo Malatesta in più occasioni, sottraendogli numerosi feudi e lasciandogli la sola città di Rimini.
Nel 1474 ha ricevuto da papa Sisto IV il titolo ducale di Urbino, che legittima di fatto la sua discendenza, e in seguito il titolo di Gonfaloniere della Chiesa per le sue indiscusse doti di condottiero. Padrino di Lorenzo il Magnifico, si vocifera sia stato coinvolto nella congiura dei Pazzi contro i Medici e nella successiva guerra tra il Papato e la famiglia a capo della città toscana.
Rinomato mecenate, accoglie alla sua corte numerosi artisti di grande spessore, così come in passato aveva fatto suo padre. Tra tutti si distingue Piero della Francesca.