Ubicata nelle vicinanze della Porta del Cavallo, la chiesa di S. Francesco fu consacrata nel 1308, ma solo la facciata mantiene le caratteristiche trecentesche perché l'interno fu rifatto nel corso del Settecento.

L'edificio è ad una sola navata con transetto e cappelle laterali separate da lesene dai finissimi capitelli ionici con festoni, eleganti sagomature nella volta e nell'abside, nella cupola e nei bracci laterali del transetto. Da alcune documentazioni d'archivio si ricava la presenza nella chiesa di vari affreschi dell'antico edificio: attualmente è visibile una Madonna con Bambino di scuola toscana del Trecento.
Diverse le opere conservate: al pittore locale Girolamo Nardini, vadese attivo tra la fine del XV secolo e l'inizio del successivo, fu assegnata l'esecuzione del Cristo in pietà fra i Santi Francesco e Antonio da Padova; lAssunta con S. Onofrio e S. Bernardino da Siena è opera firmata e datata 1771 da Domenico Peruzzini; della fine del Seicento sono i Tre Santi in estasi del pittore urbinate Giovanni Ortensio Bertuzzi. Si possono ammirare inoltre la lastra sepolcrale di Margherita Oliva, moglie del conte Santinelli della Metola, del 1550, e l'urna col corpo della beata Castora Gabrielli e la Cappella della Concezione dei Bianchi.