Il Cenobio si trova nel Parco Naturale Regionale del Monte San Bartolo, un'area protetta istituita nel 1994, a confine con l’Emilia-Romagna. Il Parco è caratteristico per il tratto di costa alta costituita da falesia viva, le cui sommità sfiorano i 200 metri consentendo una suggestiva vista sulla costa adriatica, mentre sul versante interno degradano dolci le colline del paesaggio rurale, attivamente coltivato a vite fino agli anni ’50, in un armonioso connubio tra terra e mare.
Il Cenobio di San Bartolo, fu fondato nel lontano 1365 da due eremiti spagnoli, Giovanni fu Berengario da Valenza e Pietro di Gualcerano Barbarani da Villafranca di Barcellona che si fermarono a restaurare l’antichissima chiesa, trovando qui la meta del loro pellegrinaggio: un luogo per vivere e pregare, che passò poi all’ordine eremita dei Girolamini, congregazione del beato Pietro da Pisa, cui si deve la costruzione dell’attuale chiesa e dell’annesso convento, consacrati il 23 aprile 1457, come testimonia l’epigrafe posta sull’architrave sovrastante l’elegante arco del portale scolpito da maestri comacini.
Nel 1810 un decreto napoleonico sopprime, fra altri, il Cenobio di San Bartolo. Ristabiliti dopo nove anni con un decreto della Congregazione della Riforma, i Girolamini vi rimarranno sino al 1861. E infine il Municipio di Pesaro nel 1869 lo rivende in asta ai conti Zanucchi Pompei, i cui successori hanno conservato quasi integralmente le strutture originarie del Complesso.
Il complesso ha impianto a base quadrata, sviluppato intorno ad un chiostro, con la chiesa a formare il lato rivolto ad est. L’accesso al complesso è in angolo, formato da un portico sotto cui è inserito il raffinato portale di ingresso alla chiesa con arco a tutto sesto e fregi in pietra chiara. La navata unica della chiesa, con copertura lignea a due falde, inquadra l’abside voltato con affreschi policromi. Sull’altare, il Martirio di San Bartolomeo, pala secentesca di Antonio Viviani, uno dei migliori allievi del Barocci.
Vicinissimo a Villa Imperiale, l'insediamento dei Girolamini ebbe molta considerazione da parte dei signori di Pesaro. Forse a questo si deve se il primo pittore chiamato a lavorare per la chiesa fu Giovanni Santi. Il suo dipinto San Girolamo in trono, ora conservato presso la Pinacoteca vaticana, è rimasto nella chiesa del San Bartolo fino al 1822.