Construída entre 1296 e 1461, é também conhecida como Duomo. O plano inicial, de raiz gótica, da autoria de Arnolfo de Cambio, incluía já a grande cúpula. Apesar dos poucos vestígios góticos, conserva-se a decoração das paredes com mármores incrustados, as fachadas setentrionais e o campanário. O batistério, de desenho românico, é um prisma octogonal com cúpula em pirâmide. O seu revestimento, com placas de mármore, revela uma inspiração clássica. O objetivo da sua construção era ultrapassar, em magnificência, o batistério de Pisa. São vários os artistas de nomeada que participaram nesta grandiosa obra. É o caso de Giotto, nomeado diretor das obras da catedral em 1334, ou de Ghiberti, que ganhou o concurso para as portas de bronze do batistério, com um baixo relevo de inspiração gótica. Também Donatello trabalhou na escultura da catedral, nomeadamente no campanário. Mas o ex-líbris desta obra é a cúpula (1420-1436), da autoria de Brunelleschi , que também riscou a lanterna, só concluída na segunda metade do século XV. A cúpula octogonal foi erguida sobre uma rede de nervuras recortadas em oito círculos concêntricos. Esta técnica foi concebida por Brunelleschi para poder elevar a estrutura sem as tradicionais tábuas de madeira, cuja utilização era aqui impossível dado o diâmetro do tambor. A técnica de construção consistiu na utilização de pedra e tijolo, dispostos em espinha de peixe, convergindo para um centro único, obtendo-se uma curvatura em "quinta parte". Deste modo o autor conciliou a técnica gótica de nervuras e as estruturas da arquitetura romana.Juntamente com a Basílica de S. Lourenço e os palácios Pitti, Médici-Riccardi e Uffizi, faz parte do centro histórico de Florença, local classificado Património Mundial pela UNESCO em