L'impianto urbanistico della città, ricordata per la prima volta dalle fonti letterarie nel 49 a.C. da Cesare, si data alla piena età augustea (31 a.C.-14 d.C.).
La Colonia Iulia Fanestris (è così nominato dall'imperatore Augusto l'insediamento sorto intorno al repubblicano Fanum Fortunae) viene così ad avere le sue mura, la sua monumentale porta di ingresso, le vie lastricate, le fogne, e, stando a quanto ci dice l'architetto Vitruvio, una originale Basilica.

La realtà archeologica ci testimonia altresì l'esistenza di abitazioni private (domus), di sontuosi mosaici, di edifici termali, di una palestra, e di un acquedotto, che, da Monte Giove, riforniva di acqua la città.

Il razionale impianto urbano, fatto di assi ortogonali disposti a formare un fitto reticolo, è ancora oggi rintracciabile nei tratti di basolato che affiorano sporadicamente, nell'efficiente sistema fognario ben conservato e nell'andamento delle vie odierne.

Il cosiddetto Cippo Graccano, testimone dello sfruttamento agricolo della campagna fanese già nel II secolo a.C., suggerisce la presenza di un nucleo abitato lungo la costa, nei pressi del Metauro, già in epoca repubblicana.

Un frammento di iscrizione conservato nell'area archeologica di S. Agostino suggerisce la condizione di municipium (città governata da leggi proprie e con diritto di cittadinanza romana per i suoi abitanti) del piccolo centro in età repubblicana.

I principali monumenti fuori terra e i siti archeologici qui illustrati, ubicati nel centro storico e nel territorio circostante, sono i seguenti:
- le Mura Augustee
- la Porta o Arco di Augusto
- la Porta della Mandria o Porta Ovest
- il Teatro romano
- la domus romana in Piazza XX Settembre
- l'area archeologica di S. Agostino
- l'area archeologica di Piazza Amiani
- l'Anfiteatro romano
- la centuriazione romana nel territorio di Fano - persistenze
- l'Acquedotto romano
- la Grotta di S. Paterniano.