L'imposant Dôme en style gothique de Florence est dédié à Santa Maria del Fiore. Il fut conçu par Arnolfo di Cambio vers la fin du XIIIe siècle et il représente l'un des ouvrages architecturaux les plus grands de l'époque.
Il fut terminé en 1367, à l'exception de la façade qui resta inachevée jusqu'au XIXe siècle. De nombreux artistes travaillèrent au fil des siècles à la réalisation de la cathédrale telle que nous pouvons l'admirer aujourd'hui. Jusqu'au milieu du XIe siècle, le Dôme de Florence fut la basilique San Giovanni, puis l'église principale devint la cathédrale de Santa Reparata.
Vers 1293, la cathédrale était dans un état délabré. Ainsi, les Florentins décidèrent de réaliser un édifice, beaucoup plus grand, sur les fondations de l'église de Santa Reparata. Pour ce faire, les habitants, furent obligés de léguer, par testament, une somme d'argent pour la construction du nouveau Dôme. Di Cambio conçut une Basilique de trois nefs donnant sur le maître-autel surmonté d'une immense coupole, la plus grande qu'on ait jamais réalisée, la Coupole de Brunelleschi.
A l'intérieur, l'on y voit 3 600 mètres carrés de fresques, exécutés par Giorgio Vasari et Federico Zuccari. Malheureusement, Arnolfo mourut en 1302 et l'ouvre fut poursuivie par Giotto jusqu'en 1337. En 1357, la relève fut prise par Francesco Talenti, tandis que Brunelleschi s'occupa de la coupole en 1420. En 1412. L'église prit le nom de Santa Maria del Fiore. Elle fut consacrée le 25 mars 1436 à la fin des travaux de la coupole de Brunelleschi. L'église a un plan romain et il fallut 140 ans pour la bâtir. Seule la façade ne fut réalisée que beaucoup plus tard. L'aspect plutôt dépouillé de l'intérieur de Santa Maria del Fiore correspond à l'austère idéal spirituel de la Florence du Moyen Age et du début de la Renaissance. Réalisée dans le style de la Renaissance, la splendide coupole de Filippo Brunelleschi se compose, en réalité, d'une coupole intérieure et d'une extérieure.
Les deux sacristies, le dallage en marbre et les fresques de Paolo Uccello et d'Andrea del Castagno furent ajoutés dans un deuxième temps et contribuèrent à enrichir toujours davantage le Dôme de Florence. Sur les portes des sacristies, on trouve les lunettes de Luca della Robbia. Dans la chapelle de l'abside, on peut admirer la Déposition de Michel-Ange. Dans la zone archéologique située sous le Dôme, on peut observer les ruines de la vielle cathédrale Santa Reparata.
Les splendides vitraux ont été réalisés entre 1434 et 1445 d'après des projets de Donatello et Paolo Uccello. En 1586, le grand-duc François de Médicis décida de réaliser une nouvelle façade pour le Dôme de Florence et les nombreuses sculptures d'Arnolfo que l'on retrouva alors, furent transférées dans le musée aménagé à l'intérieur même du Dôme.