Lo Studiolo è un piccolo ambiente a forma trapezoidale con i lati maggiori misuranti rispettivamente 3,9 e 4,1 metri e quelli minori 2,8 e 2 metri. Al centro della parete meridionale, nel muro spesso 1,5 metri si apre una nicchia per la finestra larga 1,6 metri che un tempo aveva anch’essa un soffitto a cassettoni. L’ambiente ha un’altezza di circa 4 metri e possiede grosso modo le stesse proporzioni del suo corrispondente di Urbino. Le misure dello Studiolo non sono casuali, esse infatti sono multipli dell'unità di misura usata da Francesco di Giorgio Martini per costruire il Palazzo Ducale: il piede urbinate pari a 33,5 cm. Questa dimensione è quella di ognuno dei lati della mattonella con il monogramma del Duca usata come elemento indivisibile in varie parti del palazzo e visibile nel sottotetto. In base a questa misura lo studiolo è largo 6 piedi, lungo 12 ed alto 15, tutti multipli di 3.