1444 года единокровный брат Федериго Оддантонио да Монтефельтро, недавно ставший герцогом Урбино, был убит в результате заговора. Не установлено, принимал ли участие в заговоре Федериго, но в скором времени он захватил власть в Урбино. Финансовое положение Урбино было тяжёлым после кратковременного правления расточительного Оддантонио, поэтому Федериго продолжал служить кондотьером.
Около 20 лет Федериго боролся со своим врагом Сиджизмондо Пандольфо Малатестой. В 1463 году при поддержке папы Пия II, желавшего ограничить власть правителя Римини, да Монтефельтро окончательно разгромил Малатесту.
В правление Федериго Урбино приобрёл большое культурное значение. Он задумал перестроить дворец Монтефельтро, создав «идеальный город». Для этой цели герцог пригласил архитекторов Лучано Лаурану и Франческо ди Джорджо Мартини. Над украшением палаццо работали художники не только из Италии, но и других стран: Пьеро делла Франческа, Паоло Уччелло, Педро Берругете, Джованни Боккати, Юстус ван Гент. Их усилиями был создан один из замечательных европейских архитектурных ансамблей.
Коллекционер рукописной книги, составивший обширную библиотеку, Федериго не принимал только что появившееся книгопечатание, называя печатные книги «механическим искусством».
Семья. Дети:
От брака (10 февраля 1460 года) с Баттистой Сфорца:
Джованна (1463 год, Урбино – 1514 год, Урбино), замужем (с 1484 года) за Джованни делла Ровере, герцогом Арче и Сора;
Елизавета (1464 год, Урбино – 1510 год, Венеция), замужем (с 1479 года) за Роберто Малатестой;
Констанция (1466 год, Урбино – 1518 год, Неаполь), замужем (с 1483 года) за Антонелло ди Сансеверино;
Чиара (1468 год, Урбино – 1521 год, Урбино), монахиня;
Агнесина (1470 год, Губбио – 1506 год, Рим), замужем (с 1488 года) за Фабрицио Колонной, дочь – Виттория;
Гвидобальдо I (17 января 1472 года—10 апреля 1508 года), наследник отца – герцог Урбинский, женат (с 1489 год) на Елизавете Гонзага, последний герцог Монтефельтро, детей не оставил.
Федериго Монтефельтро оставил, кроме того, не менее четырёх детей, рождённых от разных женщин вне брака:
Бонконте (1442—1458 годы, Неаполь), сеньор Кантиано;
Антонио (1445 год, Губбио – 1508 год), сеньор Кантиано, жена (с 1475 года) – Эмилия Пиа;
Елизавета (1445 год, Урбино – 1503 год, Рим), замужем (с 1462 года) за Роберто Сансеверино;
Джентилия (1448 – 1513 годы, Генуя либо 1529 год, Пезаро), замужем (с 1463 года) за Карло Малатеста, (с 1469 года) за Агостино Фрегозо.
Считается, что род Монтефельтро, основанный в XIII веке графом Бонконте, угас к началу XVII века. Однако Данте встречает и приветствует своего хорошего знакомого, воевавшего с ним в одно время и в одном месте, графа Бонконте. Город Монтефельтро, теперь называется городом Сан-Лео, около которого расположена долина Кампальдино, выходящее на побережье Адриатического моря, рядом с городом Римини.
Федериго Монтефельтро был предпоследним герцогом Монтефельтро. С его именем связана упоминаемая им дочь Джованна, пережившая и забывшая его