Nonostante le molte trasformazioni subìte nel tempo, la chiesa rimane un pregevole esempio di architettura pesarese secentesca.
Viene fatta costruire tra il 1610 e il 1618 dal Consiglio della Comunità a scioglimento del voto fatto nel 1601 per assicurare un erede maschio a Francesco Maria II Della Rovere sposatosi con Livia Della Rovere. Il figlio atteso - Federico Ubaldo - nasce il 16 maggio 1605, giorno di sant’Ubaldo: da qui l’intitolazione della chiesa.
A pianta ottagonale, l’edificio si caratterizza per la presenza di un’alta cupola ricoperta in bronzo (consolidata nel biennio 1964-‘65) e di una lanterna poggiante su otto pilastri in muratura interamente rifatta nel 1965.