La Chiesa di Santa Maria Nuova fu fatta costruire dai frati minori Osservanti, che entrarono in Fano fin dal 1455 e scelsero come prima dimora il Santuario di Santa Maria del Ponte Metauro.

I frati, a causa dei fastidi arrecati dalla vicina strada e dalle difficoltà di raccogliere le elemosine, fecero richiesta di potersi trasferire; fu loro assegnato un terreno nella zona sud-est della città, dove sorgeva l'antica chiesa di San Lazzaro. Il 1° ottobre 1477 posero la prima pietra della chiesa ed in ricordo di Santa Maria del Ponte fu titolata Santa Maria Nuova.

Anche nella nuova sede i frati minori non trovarono pace ed espressero il desiderio di costruire chiesa e convento all'interno delle mura cittadine. Il loro intento fu realizzato grazie alla generosità del nobile ecclesiastico fanese Galeazzo Gabrielli e la nuova e definitiva sede fu acquisita nel 1519 e intitolata Santa Maria Nuova in San Salvatore, in memoria del precedente edificio dedicato al Salvatore; la riconsacrazione ebbe luogo nel 1557.

Esternamente la chiesa, ad aula unica, si presenta con copertura a due spioventi con paramento laterizio, la facciata è articolata da un portico a tre arcate sostenute da esili colonne corinzie con coperture a vela, realizzato intorno al 1543, probabilmente dallo scalpellino Giovanni Bosso.

Il portale a candeliere proviene dall'antica chiesa di Santa Maria Nuova in San Lazzaro ed è opera dello scalpellino Bernardino di Pietro da Carona che lo eseguì nel 1498; venne poi trasportato nel nuovo edificio e incassato nel portico, successivamente nella lunetta superiore fu posto il semibusto del Salvatore. Sul lato destro dell'edificio si apre il convento con due chiostri, dei quali si conservano ancora delle colonne ioniche parzialmente semisepolte da muri di tamponamento; vi sono poi diversi ambienti di fattura cinquecentesca con volte su peducci, attualmente molto manomessi.
Il campanile attuale risulta dalla sopraelevazione di quello cinquecentesco addossato all'abside della chiesa, effettuata dopo che nel 1944 venne abbattuto per eventi bellici quello ottocentesco.

Il convento fu incamerato dal Comune nel 1866 e da allora viene utilizzato come edificio scolastico. All'interno della chiesa la vasta navata di origine cinquecentesca fu completamente modificata nel biennio 1706-1708 su disegno di Domenico Vici, secondo lo stile tardo barocco.

Lungo le pareti furono aperti otto altari dipinti a finti marmi, e sulle paraste, che contraddistinguono gli altari, furono realizzati dei medaglioni ovoidali con figure di santi. Risalente sempre a questo periodo è la grande volta a sesto ribassato.

Sul lato sinistro al primo altare è posto un dipinto opera di Giovanni Santi rappresentante la Visitazione, di seguito sul secondo altare è possibile ammirare la pala rappresentante l'Annunciazione realizzata dal pittore Pietro Vannucci detto il Perugino, entrambi i dipinti provengono dalla vecchia chiesa di Santa Maria Nuova in San Lazzaro e per quel luogo furono realizzati intorno al 1488-90. Il quarto altare, sempre sullo stesso lato, ospita un dipinto di minore importanza con la Madonna col Bambino, opera seicentesca del pesarese Giovanni Maria Luffoli.

Meritevole di menzione è l'imponente pala d'altare posta sul terzo altare di destra, comprendente nello scomparto centrale la Madonna con Bambino e Santi, nella lunetta la Pietà e nella predella cinque scomparti rappresentanti le Storie della Vergine, questi ultimi attribuiti da alcuni studiosi al giovane Raffaello Sanzio, mentre la restante opera è del Perugino. Questa pala originariamente dipinta per la vecchia chiesa fu più volte spostata, la prima collocazione nel nuovo edificio era sull'altare maggiore, venne poi collocata nell'attuale posizione e in sua sostituzione, in fondo al presbiterio, fu posto un dipinto settecentesco rappresentante il SS. Salvatore realizzato dal francescano padre Attanasio Favini di Coriano.

Lungo il lato destro, oltre alla già ricordata pala del Perugino, sul primo altare è collocato il dipinto del fanese Giovanni Francesco Giangolini raffigurante il Battesimo di Gesù, opera coeva a quella del Luffoli.

Infine ad arricchire l'interno della chiesa è lo splendido coro ligneo, anch'esso commissionato insieme alle opere del Santi e del Perugino per la precedente chiesa, officiata dai frati minori. Furono gli stessi ad ordinare ai fratelli senesi Andrea e Antonio Barilli, la realizzazione del coro che fu ultimato nel 1489, nel 1631 subì gravi manomissioni e fu parzialmente distrutto durante il secondo conflitto bellico.