Sudarytas iš dviejų ogivalio formos dangtelių, sujungtų viena su kita, aštuonkampis kupolas buvo pasuktas nuo 1418 m.Iki 1434 m. pagal Filippo Brunelleschi dizainą, pateiktą 1418 m. konkursui ir priimtas po daugelio kontrastų 1420 m.
Šedevras, galintis atlaikyti žaibą, žemės drebėjimus, šimtmečių praėjimą, kuris šiandien žavi visus, kurie jį stebi iš tolo, kupolas yra 45,5 metrų skersmens.
1418 m. "Santa Maria del Fiore" Opera uždraudė konkursą, kurį laimėjo Brunelleschi, tačiau tik po dvejų metų darbai prasidės ir tęsis iki 1434 m.
1436 m.kovo 25 d. Florencijos Katedrą pašventino Popiežius Eugenijus IV.
Brunelleschi susižavėjimo naujovė buvo paversti kupolą be šarvų, nes buvo naudojamas dvigubas skliautas su tarpu, iš kurio vidinis (daugiau nei dviejų metrų storio), pagamintas iš eglutės medienos, turėjo struktūrinę funkciją, kuri buvo savaime palaikanti, o išorinis-tik dengiantis. Ant kupolo stovi žibintas su kūgio dangteliu, kurį sukūrė Brunelleschi, kuris buvo pagamintas po menininko mirties (1446 m.) ir aukso vario rutulys su kryžiumi, kuriame yra šventųjų relikvijų, Andrea del Verrocchio darbas, kuris ten buvo 1466 m
Brunelleschi kupolo freską 1572-1579 m. sukūrė Giorgio Vasari ir Federico Zuccari ir pristato tą pačią ikonografinę baptisterijos temą: Paskutinį teismą. 1978-1994 m. kupolo freskos buvo pasaulinio restauravimo objektas.
