Sastoji se od dva krovova vatrenog oblika koji su međusobno povezani, osmerokutna kupola okrenuta je od 1418 do 1434 na projektu Philippe Brunelleschi, predstavljena na natjecanju u 1418-u i prihvaćena nakon mnogih kontrasta u 1420-u.
Remek-djelo sposobno izdržati munje, potrese, stoljećima, koje danas fascinira svakoga tko ga gleda s daljine, kupola ima promjer od 45,5 metara.
U 1418-u, rad Santa Maria del Fiore zabranjuje natjecanje koje Brunelleschi osvaja, ali tek dvije godine kasnije, radovi će započeti i nastaviti do 1434.godine.
Dana 25. ožujka 1436., firentinska katedrala posvećena je Papi Eugene IV.
Inovacija je prekrasan Brunelleschi je okrenuti kupolu bez armature, zahvaljujući korištenju dvostruko puta s šupljinom u kojoj je unutarnji (debljine više od dva metra) je napravljen od klesanog kamena u božićno drvce, to je kao strukturna funkcija, biti na nogama, a izvana samo poklopac. Na kupoli svijetli svjetiljka s konusnim poklopcem, na projektu Brunelleschi, koji je napravljen nakon smrti umjetnika (1446) i zlatne bakrene kugle s križem koji sadrži svete relikvije, djelo Andrea del Verrocchio, koji je postavljen u 1466
Zidna dekoracija Brunelleschijeve kupole napravljena je između 1572 i 1579 Giorgio Vasari i Federico Tuccari, A ima istu ikonografsku temu baptisterija: Strašni sud. Murals kupole bili su predmet globalne obnove između 1978. i 1994.godine.