Bestående af to hætter af ogival form forbundet med hinanden, blev den ottekantede kuppel vendt fra 1418 til 1434 i henhold til designet af Filippo Brunelleschi, præsenteret for en konkurrence i 1418 og accepteret efter mange kontraster i 1420.
Et mesterværk, der er i stand til at modstå lynnedslag, jordskælv, århundredernes passage, som i dag fortryller enhver, der observerer det langvejs, har kuplen en diameter på 45, 5 meter.
I 1418 forbød operaen Santa Maria del Fiore konkurrencen, som Brunelleschi vandt, men kun to år senere begynder værkerne og varer indtil 1434.
Den 25. marts 1436 blev den florentinske katedral indviet af pave Eugene IV.
Brunelleschi ' s beundringsværdige innovation var at vende Dome uden rustning, takket være brugen af en dobbelt hvælving med et hul, som den indre (over to meter tykke) lavet af sildeben træ, havde en strukturel funktion ved at blive selvbærende, og de eksterne, der dækker. På kuplen står lygten med Keglebetræk, designet af Brunelleschi, som blev lavet efter kunstnerens død (1446) og den gyldne kobberkugle med korset, der indeholder hellige relikvier, arbejde af Andrea del Verrocchio, som blev placeret der i 1466
Fresco dekoration af Brunelleschis Kuppel blev foretaget mellem 1572 og 1579 af Giorgio Vasari og Federico Zuccari, og præsenterer de samme ikonografiske tema af Døbefont: Den Sidste Dom. Freskerne af kuplen var genstand for en global restaurering mellem 1978 og 1994.