En 2021 en la diócesis existían 74 parroquias agrupadas en 5 vicarías: Fano, Valle del Metauro, Fossombrone, Cagli y Pergola.

Según estas fuentes se puede afirmar sin lugar a dudas que la diócesis de Fano se remonta al menos a finales del siglo V, aunque la leyenda dice que fue fundada en el siglo I.

Desde la antigüedad, la diócesis de Fano estuvo inmediatamente sujeta a la Santa Sede, estatus que mantuvo hasta 1986.

Sin embargo, permanecieron hasta 1463 tras las rebeliones populares del pueblo Fano contra Sigismondo Malatesta.

Estas revueltas tenían como objetivo obtener una gobernación completamente eclesiástica: por ello, a partir de esa fecha, la Iglesia colocó a un gobernador pontificio al frente del territorio.

Giulio Ottinelli (1587-1603) celebró el primer sínodo diocesano, se hizo cargo del seminario recién erigido, introdujo a los mínimos en la diócesis y recibió en la ciudad al papa Clemente VIII, natural de Fano.

Durante el período napoleónico, la diócesis vivió tiempos difíciles y fueron sobre todo sus obispos quienes pagaron el precio.

[4]​ A petición del obispo Vincenzo Franceschini (1896-1916), el papa Pío X instituyó en Fano el seminario regional de Marca.

El nombre de la antigua ciudad de Fossombrone parece derivar del latín Forum Sempronii, es decir, del triunviro Cayo Sempronio Graco, que llegó a este lugar hacia el 133 a. C. para implementar la reforma agraria.

Hacia mediados del siglo VI es conocido el obispo Paulino, quien en el año 559 está documentado en una carta del papa Pelagio I por haberse negado a firmar la condena de los Tres Capítulos.

En el siglo VIII la ciudad fue destruida por los lombardos liderados por Liutprando y posteriormente reconstruida.

En 999 el emperador Otón III donó la ciudad al papa Silvestre II y, hacia 1200, con el papa Inocencio III pasó a ser feudo de Azzo VI de Este.

El seminario diocesano surgió en 1581 gracias a la obra del obispo Ottavio Accoramboni, quien lo inauguró en su propio palacio noble.

Durante la era napoleónica, el obispo Giulio Maria Alvisini (1808-1823) se negó a prestar juramento de lealtad a Napoleón Bonaparte y, por lo tanto, fue enviado al exilio durante seis años.

Tras la unificación de Italia, el obispo Filippo Fratellini (1851-1884) fue juzgado por haber respondido a una circular ministerial insultante contra el episcopado.

Sin embargo, su atribución es incierta, porque las palabras de los manuscritos no aseguran su pertenencia a Cagli.

Esta dificultad surge también para muchos de los otros obispos atribuidos a Cagli en el primer milenio cristiano.

A partir de esta época, están atestiguados con certeza los primeros obispos de Cagli: Gioviano, que estuvo entre los padres del Concilio de Letrán convocado por el papa Esteban III en 769 para deponer al antipapa Constantino II; Adelfredo quien, según el historiador Tarducci, estuvo presente en Roma en 774 cuando el rey franco Carlomagno llegó a la ciudad; Passivo, Andrea y Martino, que participaron en los concilios romanos de 826, 853 y 861 respectivamente.

[14]​ La diócesis tenía su propia catedral, en la gran iglesia de San Agustín, renovada con financiación del papa Gregorio XVI y terminada en 1841.

Los agustinos fueron trasladados a la imponente iglesia de San Francisco, abandonada por los franciscanos conventuales.