La Sinagoga sefardita, ovvero di culto spagnolo, risale alla metà del XVI secolo e si trova nel cuore dell'antico quartiere ebraico. Ad oggi la struttura, seppur non più officiata, è considerata una delle più interessanti presenti sul territorio italiano. Edificata in un prospero frangente per la cultura e l’economia della città diviene ben presto il centro di aggregazione di molti ebrei, ad esempio portoghesi, che giungono a Pesaro per coltivare studi mistici.

Il primo piano ospita la Sala delle Preghiere (Tempio): l'Arca Santa (Aròn) e il pulpito (Tevàh) si contrappongono al centro delle pareti più piccole. Oggi la Sinagoga non è più luogo di culto, motivo per cui alcuni arredi sono stati trasferiti in sinagoghe ancora attive: l'Arca Santa si trova ora a Livorno, il balconcino nel pulpito di Ancona, mentre le grate del matroneo a Talpioth (Gerusalemme). La Sala delle Preghiere resta tuttavia un ambiente suggestivo caratterizzato dal soffitto decorato a stucco con rosoni e serti di quercia: omaggio degli ebrei sefarditi ai Della Rovere, signori di Pesaro che concessero alla comunità ebraica l’insediamento nella città.