Pada 1418 Opera del Duomo mengumumkan kompetisi publik untuk pembangunan kubah dengan hadiah tampan 200 Florin emas—dan tembakan ketenaran abadi—untuk pemenangnya. Arsitek terkemuka saat itu berbondong-bondong ke Florence untuk mempresentasikan ide-ide mereka. Setelah banyak ketidakpastian, Opera del Duomo setuju untuk menjadikan Filippo Brunelleschi sebagai pengawas proyek kubah dan menunjuk Lorenzo Ghiberti, rekan tukang emas Brunelleschi, sebagai co-superintendent. Kedua pria itu telah menjadi saingan sejak 1401, ketika mereka bersaing untuk mendapatkan komisi terkenal lainnya, pintu perunggu baru untuk pembaptisan Florentine. Ghiberti menang. Sekarang Brunelleschi, yang desainnya untuk cungkup telah diterima secara langsung, terpaksa bekerja berdampingan dengan saingannya yang sangat sukses. Pembangunan Kubah dimulai pada 7 Agustus 1420. Cara biasa untuk membangun lengkungan atau kubah adalah dengan menopangnya dengan perancah yang disebut " centering."Namun, Ruang terbuka di Katedral itu selebar 42 meter, dan Florentines menginginkan kubah yang tinggi dan menjulang tinggi. Semua kayu di Tuscany tidak akan cukup untuk membuat centering. Brunelleschi akhirnya membangun kubah tanpa perancah sedemikian rupa sehingga menopang dirinya sendiri saat pekerjaan berlangsung. Solusi Brunelleschi untuk kubah itu cerdik, inovatif, dan mahal. Masalah pertama yang harus dipecahkan adalah murni teknis: tidak ada mekanisme pengangkatan yang diketahui pada saat itu yang mampu mengangkat dan menggerakkan material yang sangat berat yang harus dia kerjakan, termasuk balok batu pasir, begitu jauh dari tanah. Di sini Brunelleschi mengalahkan dirinya sendiri. Dia menemukan hoist tiga kecepatan dengan sistem roda gigi, katrol, sekrup, dan poros penggerak yang rumit yang ditenagai oleh satu kuk lembu yang memutar anakan kayu dan castello, derek setinggi 65 kaki dengan serangkaian penyeimbang dan sekrup tangan untuk memindahkan beban secara lateral begitu mereka dinaikkan ke ketinggian yang tepat. Bentuk kubah segi delapan pasti terinspirasi oleh Baptistry. Seluruh struktur kubah dirancang agar ringan dan ramping baik dalam bentuk maupun substansi. Bahkan, dari drum segi delapan kubah berdiri delapan segmen, layar, diatur pada dua cangkang yang dipisahkan oleh spasi. Brunelleschi menenun kursus reguler Batu bata herringbone, sedikit diketahui sebelum waktunya, ke dalam tekstur kubah, memberikan seluruh struktur soliditas tambahan. Sepanjang tahun konstruksi Brunelleschi menghabiskan lebih banyak waktu di tempat kerja. Dia mengawasi produksi batu bata dari berbagai dimensi dan memperhatikan pasokan batu pilihan dan marmer dari tambang. Dia memimpin pasukan tukang batu dan tukang batu, tukang kayu, pandai besi, pemukul timah, pembuat barrel, pembawa air, dan pengrajin lainnya. Kepala di antara unsur-unsur yang membentuk kubah adalah penggunaan proporsi emas, yang sedang populer pada saat itu. Dalam merenungkan karya ini, Anda melihat bahwa pembangun yang telah memanfaatkan keseimbangan dan harmoni antara masing-masing bagiannya. Setiap elemen arsitektur berkontribusi pada stabilitas kubah karena berdiri tanpa struktur pendukung. Elemen penting lainnya adalah lentera, di atasnya terdapat bola perunggu yang dibangun oleh Verrocchio pada tahun 1472. Untuk posisi bola mereka menggunakan mesin diciptakan oleh Brunelleschi. Leonardo Da Vinci muda menjadi salah satu murid yang membantu dalam operasi yang sulit ini. Kubah adalah mahakarya keindahan dan teknik, konstruksi perintis pada masanya, dan dalam banyak hal tetap tak tertandingi. Sebagai ahli ilusi, Brunelleschi dikenal di Florence telah membuat orang percaya pada hal-hal yang tidak ada. Pembangunan kubahnya memicu perdebatan bertahun-tahun tentang apa "trik sulap" yang memberikan hasil yang ada di depan semua orang, yaitu, bagaimana kubah segi delapan mampu berdiri! Bahkan saat ini, meskipun penelitian ekstensif telah dilakukan dan banyak penemuan baru telah dibuat, masih ada perdebatan tentang solusi cerdik apa yang ditemukan oleh arsitek Filippo Brunelleschi.