Sastāv no diviem ogival formas vāciņiem, kas savienoti viens ar otru, Astoņstūra kupols tika pagriezts no 1418. līdz 1434.gadam saskaņā ar Filippo Brunelleschi dizainu, kas tika prezentēts konkursam 1418. gadā un pieņemts pēc daudziem kontrastiem 1420. gadā.
Šedevrs, kas spēj izturēt Zibens, zemestrīces, gadsimtu gaitu, kas šodien apbur ikvienu, kas to novēro no tālienes, kupola diametrs ir 45,5 metri.
1418. gadā Santa Maria del Fiore Opera aizliedza konkursu, kuru uzvarēja Brunelleschi, bet tikai divus gadus vēlāk darbi sāksies un ilgs līdz 1434.gadam.
1436. gada 25. martā Florences katedrāli iesvētīja pāvests Eugene IV.
Brunelleschi apbrīnojamais jauninājums bija pārvērst kupolu bez bruņām, pateicoties dubultās velves izmantošanai ar atstarpi, no kuras iekšējā (vairāk nekā divu metru biezumā), kas izgatavota no siļķes koka, bija strukturāla funkcija, kas bija pašpietiekama un ārējā tikai aptver. Uz kupola stāv laterna ar Konusa segumu, projektējis Brunelleschi, kas tika veikts pēc nāves mākslinieka (1446) un zelta vara bumbu ar krustu, kas satur svētās relikvijas, darbs Andrea del Verrocchio, kas tika ievietots tur 1466
Brunelleschi kupola fresku noformējumu no 1572.līdz 1579. gadam veica Giorgio Vasari un Federiko Zuccari, un tajā ir tāda pati ikonogrāfiskā Baptistērijas tēma: Pēdējais spriedums. Kupola freskas bija globālas atjaunošanas priekšmets no 1978. līdz 1994.gadam.
