Birbirine bağlı iki ogival şekilli kapaktan oluşan sekizgen kubbe, Filippo Brunelleschi'nin tasarımına göre 1418'den 1434'e çevrildi, 1418'de bir yarışmaya sunuldu ve 1420'de birçok kontrasttan sonra kabul edildi.
Yıldırımlara, depremlere, yüzyılların geçişine dayanabilen bir başyapıt, bugün onu uzaktan gözlemleyen herkesi büyülüyor, kubbenin çapı 45.5 metre.
1418'de Santa Maria del Fiore Operası Brunelleschi'nin kazandığı yarışmayı yasakladı, ancak sadece iki yıl sonra eserler başlayacak ve 1434'e kadar sürecek.
25 Mart 1436'da Florentine Katedrali Papa Eugene IV tarafından kutsandı.
Brunelleschi'nin takdire şayan yeniliği, kubbeyi zırhsız hale getirmekti, bir boşluk ile çift tonozun kullanılması sayesinde, balıksırtı ağacından yapılmış iç (iki metreden daha kalın), kendi kendini destekleyen yapısal bir işleve sahipti ve dış olanı sadece kapladı. Kubbede, sanatçının ölümünden sonra (1446) yapılan Brunelleschi tarafından tasarlanan koni kapaklı bir Fener ve 1466'da oraya yerleştirilen Andrea del Verrocchio'nun kutsal kalıntılarını içeren bir haç ile altın bir bakır top duruyor
Brunelleschi'nin Kubbesinin fresk dekorasyonu 1572 ve 1579 yılları arasında Giorgio Vasari ve Federico Zuccari tarafından yapıldı ve Vaftizhanenin aynı ikonografik temasını sunuyor: son yargı. Kubbenin freskleri 1978 ve 1994 yılları arasında küresel bir restorasyona konu olmuştur.
