Surplombant la dernière et la plus décorée loggia entre les deux tourelles, l'étude est l'environnement le plus intime du Palais et dépeint le portrait intérieur de Federico, sa culture, ses choix intellectuels et esthétiques. Bien que Carlo Bertelli reporte la date, traditionnellement l'étude se réfère à 1476, l'année qui apparaît dans l'inscription glorifiant le duc sous le somptueux plafond lacunaire. Ce dernier, œuvre de GIULIANO et BENEDETTO DA MAIANO, porte les emblèmes et les honneurs de Federico, les mêmes qui reviennent dans les décorations sous-jacentes. Dans la partie supérieure de l'étude se trouvent 28 portraits (aujourd'hui seulement 14) d'Hommes illustres attribués au Giusto flamand de Gand et à « Pietro Spagnolo », reconnu par la critique à Pedro Berruguete. Leur présence a pour fonction exemplaire d'inciter le propriétaire à les imiter dans leurs vertus. A l'origine ils étaient placés dans une double galerie de fenêtres à meneaux et accouplés grâce à leur recherche ou domaine professionnel dans un dialogue tacite de gestes. Dans la galerie inférieure, des personnalités ecclésiastiques sont représentées (où apparaissent également les poètes chrétiens Dante et Petrarca), dans la supérieure, des personnalités laïques. L'ambivalence entre le sacré et le profane ou chrétien et païen se retrouve tout au long de la décoration de l'étude et réapparaît dans les deux chapelles inférieures (le Tempietto delle Muse et la Cappellina del Perdono) puis au Vatican dans la Stanza della Segnatura de Raphaël. En 1631, avec la mort de Francesco Maria II Della Rovere, dernier duc d'Urbino, les territoires du duché revinrent à l'Église et le cardinal légat Antonio Barberini, petit-fils d'Urbain VIII, prit mal les peintures, les mutilant en portraits individuels. et les privant d'une grande partie des inscriptions. Les tableaux passèrent dans la collection romaine des Barberini et restèrent ensemble jusqu'en 1812, date à laquelle 14 d'entre eux passèrent à la famille Colonna di Sciarra qui les vendit au marquis Campana. En 1861, ils sont achetés par Napoléon III pour atterrir au Louvre en 1863. Les 14 peintures restées en Italie sont retournées à Urbino en 1934. Sous les peintures, tout est représenté dans la perfection illusionniste de la perspective incrustée du da Maiano. Les trois vertus théologales sont représentées, dans les cabinets et sur les sièges la série d'objets qui meublent habituellement les studios sont simulés et qui symbolisent ici les vertus cardinales, les disciplines du Trivium et surtout du Quadrivium, en harmonie avec la mathématique de Frédéric -culture scientifique. . Il y a aussi un portrait du prince portant un costume de maison et une lance pointée vers le sol. Ayant déposé son armure, symbole de sa vie active, le duc peut se consacrer à l'otium, à l'étude, à la contemplation dans son cabinet. Une grande importance est accordée à la musique avec la présence d'instruments de musique, les plus représentés parmi les objets, qui font référence à la tradition pythagoricienne et platonicienne. Sur le mur nord apparaît dans un cartouche la citation du livre IX de l'Enéide, virtutibus itur ad astra (pour les vertus on atteint le ciel), qui illustre le programme iconographique du studiolo comme symbole d'un processus de raffinement intérieur, qui est atteint avec la médiation des vertus et l'utilisation de l'intellect.