El primer encargo arquitectónico conocido de Leon Battista Alberti fue ejecutado hacia 1450 para Segismundo Malatesta, señor de Rímini. Este príncipe, que estaba tan imbuído de cultura clásica como el propio Alberti, deseaba convertir la iglesia gótica de San Francisco de Rímini en un espléndido mausoleo para él y su corte. Enfrentado con tamaña empresa, Alberti dió una solución al mismo tiempo ingeniosa y sencilla. Conservado con pequeñas modificaciones en la decoración interior, encerró los viejos muros exteriores en una concha arquitectónica. La fachada se transformó en el frontón de un templo clásico que incorporaba la estructura de un arco de triunfo y los laterales se cubrieron con aracas alternadas con nichos abovedados. Los muros se elevaron a una altura suficiente para esconder la estructura gótica anterior.
Parece ser que el crucero debía, según el proyecto estar coronado por una gran cúpula semiesférica pero nunca se llegó a construir. A pesar de no llegarse a completar, la iglesia es una evocación austera de la antigüedad romana que no tiene parangón con ninguna otra del Quattrocento.
A finales del s. XIII o a principios del sucesivo, Giotto pintó al fresco el ábside, por encargo de los Malatesta, según cuenta Vasari: de la obra del gran pintor toscano ha quedado sólo un gran Crucifijo pintado sobre tabla y mutilado en sus extremos. En 1447 Sigismondo Malatesta hizo construir dos capillas patricias y funerarias, para sí y para su amante, luego su esposa, Isotta degli Atti; en 1448 hizo voto de renovar el templo y, en 1450 o poco después, empezaron las obras según proyecto de Leon Battista Alberti para la parte exterior, pero continuando con el estilo gótico tradicional de las dos primeras capillas por lo que se refiere a la parte interior, bajo la supervisión de Matteo de’ Pasti y de Agostino di Duccio.
El edificio, que debía terminar con una gran rotonda rematada por una cúpula, quedó por acabar como consecuencia de la excomunión (1461), la derrota (1463) y la muerte de Sigismondo (1468). El ábside actual es fruto de las obras conclusivas del s. XVIII y de la reconstrucción hecha después de la guerra, ya que los bombardeos causaron importantes daños al Templo, destruyendo el ábside, el tejado, las sacristías y arrancando el paramento lapídeo exterior. A pesar de que no esté terminado, es uno de los monumentos más conocidos e importantes del primer renacimiento, tanto por su arquitectura exterior, que se inspira en la antigüedad, como por su rico interior ornado por unas esculturas de elegante factura de Agostino di Duccio.
