Il sottoportico e alcuni ambienti del piano terra del palazzo Malatestiano, che ospita il Museo Civico, sono occupati dalla sezione archeologica. Salendo la rampa che conduce allo scalone, si raggiungono per primi gli ambienti del mezzanino sulle cui pareti è un'interessante raccolta di dipinti moderni (secoli XIX e XX). A metà della scala domina sul fondo il bel portale a paraste scanalate che fu già della demolita chiesetta di S. Maria dei Piattelletti (1480). Sulla destra è l'accesso ad un ambiente che ha al centro l 'originale bronzeo della statua della Fortuna realizzata dall'urbinate Donnini Ambrosi nel 1593 per la fontana di piazza. Alle pareti sono esposti dodici pregevoli quadretti ad olio ed una bella serie di incisioni che documentano l'attività del grande scenografo e scenotecnico fanese Giacomo Torelli (1604-1678) per i teatri veneziani e parigini. Addossati alle pareti sono anche numerosi monetieri in cui figura esposta la parte più significativa della collezione numismatica che riunisce monete romane medioevali e moderne, comprese quelle della zecca fanese (secoli XV-XVIII), la serie delle stupende medaglie malatestiane realizzate da Matteo de Pasti (1446) e quelle di Paolo Sanquirico a ricordo dello scavo del porto Borghese (1613).
	Allestita nel 1898 nell'ala nord-orientale del Palazzo malatestiano, conserva numerosi dipinti variamente datati dal XIV al XX secolo. Nella "Sala del Caminetto" si possono ammirare dipinti del XIV e XV secolo, tra cui meritano menzione il Polittico con "Madonna e Santi" attribuito al pittore veneziano Michele Giambono e la tela di Giovanni Santi con "Madonna e Bambino in trono e Santi". Nella "Sala Grande" sono esposti i dipinti realizzati nel XVI e XVII secolo provenienti per lo più da edifici religiosi. Si distinguono "L'Angelo Custode" del Guercino, "San Nicola di Bari in Gloria" di Mattia Preti detto il Cavalier Calabrese e i pregevoli dipinti provenienti dalla Chiesa barocca di San Pietro in Valle: tra questi una splendida "Annunciazione" di Guido Reni, "San Pietro che resuscita Tabita" di Matteo Loves e "San Pietro che guarisce lo storpio" di Simone Cantarini. La "Sala Morganti" accoglie dipinti del XVIII secolo, tra cui quelli del pittore fanese Sebastiano Ceccarini, mentre nell'ultima sala si custodisce una collezione di ceramiche realizzate tra XV e XIX secolo.
	È così denominata dal suo fondatore, l'abate Domenico Federici (1633-1720), che dopo un'intensa vita di diplomatico al servizio della corte di Vienna, di panegirista, poeta cesareo e bibliofilo, la costituì presso la sede fanese della congregazione dei Filippini: congregazione di cui entrò a far parte nel 1681 e alla quale lasciò la sua raccolta libraria con l'obbligo, dopo la sua morte, di tenerla aperta al pubblico per almeno un'ora al giorno. L'edificio, in parte ricostruito e interamente ristrutturato, è stato quindi in passato la residenza dei suddetti Filippini, allontanati dopo l'unificazione italiana, quando la biblioteca fu ceduta al Comune che ha continuato a tenerla aperta al pubblico, incentivandone le raccolte e facendone una delle più importanti della regione. Salendo l'elegante scala ottocentesta, si raggiunge al piano superiore l'originaria Sala dei Globi, fatta sistemare dal Federici nel 1678-80 e così denominata per la presenza di una coppia di globi (quello "terreste" e quello "celeste"), realizzati nel 1688 dal celebre cosmografo veneziano P. Vincenzo Coronelli. Alle pareti della sala sono tuttora addossate le belle scaffalature in noce, appositamente eseguite dal noto intagliatore bolognese Francesco Grimaldi: scaffalature che ancora custodiscono i volumi appartenuti all'abate Federici, tutti con pregevoli legature alla francese. Nella sala è oggi custodita anche una preziosa carta da navigare, disegnata dal celebre cartografo genovese Visconte Maggiolo nel 1504: carta che raffigura tutte le terre fino ad allora conosciute ed esplorate (dalle Antille alle coste del Brasile, dalle coste dell'Africa a quelle della penisola Indiana). Sulle pareti del cortile, dell'atrio e lungo la scala, sono invece murati numerosi fregi, architravi, peducci e stemmi in pietra provenienti dalle maggiori dimore patrizie fanesi. La biblioteca è oggi dotata di oltre duecentomila opere a stampa di cui fa parte un cospicuo fondo antico costituito da incunaboli, alcune migliaia di cinquecentine (fra cui diverse edizioni sonciniane), atlanti e volumi rari dei secoli XVII e XVIII, anche in edizioni straniere. Notevole pure il fondo manoscritti, comprendente alcuni codici del XV secolo (uno dei quali miniato) e svariate opere dei secoli successivi, oltre a lettere e autografi di personaggi illustri (da Leopardi al Pellico, da Verga a Capuana, da Garibaldi a D'Annunzio ad Eleonora Duse), nonché centinaia di copioni teatrali e composizioni musicali. Da segnalare infine la ricca raccolta di disegni e stampe, la fototeca, l'emeroteca e l'archivio teatrale fanese.