Consta de dúas tapas de ogival forma conectados uns a outros, a cúpula octogonal foi transformado a partir 1418 para 1434 segundo o deseño de Filippo Brunelleschi, presentado a un concurso en 1418 e aceptou despois de moitos contrastes en 1420.
Unha obra mestra capaz de soportar lóstrego, terremotos, o paso dos séculos, que hoxe encanta quen observa-lo de lonxe, a Cúpula ten un diámetro de 45.5 metros.
En 1418 Ópera de Santa María del Fiore prohibiu a competencia que Brunelleschi gañou, pero só dous anos máis tarde, as obras van comezar e vai durar ata 1434.
O 25 de Marzo, 1436, Florentino Catedral foi consagrada polo Papa Eugene IV.
Brunelleschi admirable innovación foi para transformar a Cúpula sen armadura, grazas ao uso de un dobre bóveda coa diferenza, de que o interior (máis de dous metros de espesor) feitos de espiña de peixe madeira, tiña unha función estrutural ser auto-sustentábel e a externa un só cubrindo. No Cumio está a lanterna con Cono cubrir, deseñado por Brunelleschi, que foi feita despois da morte do artista (1446) e o ouro cobre balón coa cruz, contendo reliquias sagradas, o traballo de Andrea del Verrocchio, que foi colocado alí en 1466
O Fresco decoración da Cúpula de Brunelleschi foi feita entre 1572 e 1579 por Giorgio Vasari e Federico Zuccari, e presenta a mesma iconográfico tema de Portada: O Xuízo final. Os frescos da cúpula foron obxecto dunha global restauración entre 1978 e 1994.
