Dedicada al patrono principal de la ciudad de Fano, la iglesia de San Paterniano, erigida a mediados del siglo XVI, acoge todavía hoy las reliquias del Santo en un sugestivo marco típicamente renacentista.
La iglesia de San Paterniano está dedicada a uno de los patronos de la ciudad, quien según la tradición nació en Fano y se convirtió primero en ermitaño, posteriormente en abad de un monasterio y, finalmente, en obispo de la misma ciudad.
La basílica se alza en el lugar donde anteriormente se encontraba la antigua abadía de San Paterniano, derribada por razones de carácter militar.
El nuevo proyecto de la iglesia, que incluía también un convento en su interior, fue atribuido a Jacopo Sansovino, aunque no existen documentos que certifiquen tal veracidad. La construcción fue autorizada por el entonces papa Pablo III.
En el momento de su consagración, en 1558, la iglesia aparecía terminada en su parte interior, con tres naves de líneas sobrias y decoraciones típicas del Cinquecento, mientras que el revestimiento exterior en piedra permanecía inacabado.
En el interior hay dos altares: el primero, a la derecha, está dedicado al Desposorio de la Virgen de Guercino; el segundo presenta un lienzo con la Virgen adorada por los santos.
En la capilla situada a la derecha del presbiterio se custodian los huesos del Santo desde 1551 dentro de un antiguo sarcófago tardo-romano.
El fresco de la capilla y el del ábside son obra del pintor Giovanni Battista Ragazzini.
A través de la puerta lateral se accede al claustro, dominado por el campanario, reconstruido según el diseño antiguo tras los bombardeos realizados por los alemanes en 1944.
El claustro, que se presume ya construido en 1528, está compuesto por veinticuatro columnas de orden corintio del pórtico que delimitan el espacio abierto central.
En el centro se encuentra el brocal de la cisterna, diseñado por Jacopo Bambagiani, quien se presume ser también el autor del portal de la iglesia.