Il Teatro Studio è stato inaugurato nel maggio 2002 nell'ex-chiesa che fin dal secolo XII era dedicata a San Floriano, compatrono della comunità civica jesina, ed era stata "teatro" delle più importanti cerimonie pubbliche tra cui, il 4 maggio di ogni anno, la presentazione del Palio da parte dei Castelli di Jesi in segno di sottomissione alla città. Per questa chiesa Lorenzo Lotto realizzò splendide opere quali la Deposizione (1512), il Trittico dell'Annunciazione (1527) e la Pala di Santa Lucia (1532), che ora si possono ammirare nella Pinacoteca Civica.
L'attuale forma a pianta centrale - con grande cupola a base ovale, profonda abside emicicla e due cappelle principali voltate a tutto sesto - deriva dalla trasformazione avviata nel 1743 sulla precedente struttura. Ad affrescare la cupola con le Storie di San Francesco venne chiamato nel 1855 Luigi Mancini, lo stesso pittore jesino che aveva dipinto l'ingresso di Federico II per il sipario storico del Teatro Pergolesi.
A questo proposito, un altro collegamento significativo va evidenziato: i lavori per la nuova sistemazione degli interni e dello scalone del convento annesso alla chiesa di San Floriano, completati nel 1784 su disegno di Francesco Maria Ciaraffoni, furono così apprezzati in città che pochi anni dopo, nel 1790, allo stesso architetto fanese fu commissionato il progetto per il nuovo Teatro della Concordia.
La chiesa fu sconsacrata e indemaniata dopo il 1860, a seguito dei decreti Valerio, e divenne sede della Biblioteca e Pinacoteca Comunali. La nuova destinazione teatrale coglie e valorizza la suggestione scenografica, tipica del modello barocco della chiesa, accentuata dalla ricca decorazione pittorica ottocentesca in finti marmi.
La progettazione del nuovo allestimento per il Teatro Studio è stata affidata a Italo Rota (n. 1952), architetto milanese noto a livello internazionale, che ha creato all'interno della struttura tardobarocca una sorta di scenografia teatrale permanente, funzionale e al tempo stesso giocosa, dal segno marcatamente contemporaneo, ma capace di interagire con gli elementi architettonici e decorativi d'epoca: un ambiente di grande suggestione per "studiare" e sperimentare modi diversi di far teatro.
E non solo: negli spazi teatrali e nei locali annessi a piano terra si possono realizzare anche esposizioni. Come quella dell'estate 2003 dedicata a un fondo straordinario, se non unico, di scenari e quinte settecentesche di un teatro di marionette, dipinte su tela e provenienti dal palazzo dei marchesi Mereghi di Jesi.
Il fondo, di proprietà della Diocesi, è stato concesso in deposito al Comune per essere esposto e valorizzato assieme al cospicuo patrimonio teatrale della città. Alla collezione di scenari storici si aggiunge un gran numero di esemplari appartenenti alla famosa collezione di marionette e burattini di Maria Signorelli.
Il 15 novembre 2005, il Teatro Studio è stato dedicato all'attrice jesina Valeria Moriconi nel giorno del suo compleanno, scomparsa il giugno dello stesso anno.