Le Dôme de Florence que nous voyons aujourd'hui est le travail de six siècle d'histoire. Le projet est de Arnolfo de Cambio fin 1200, la coupole symbole de toute la Toscane est de Philippe Brunelleschi. La façade fut terminée fin 1800. Une longue séries d'interventions décoratives et structurales à l'intérieur et à l'extérieur ont enrichie l'histoire du monument : la construction de deux sacristies du plancher marmoréen de 1500 à l'exécution des sculptures de Paolo Uccello et André du Castagno.

La cathédrale fut intitulée à St. Marie de Fleur en 1412 en allusion au lis, symbole de Florence et elle fut réalisée au dessus de la cathédrale de Sainte Reparata abattue en 1375 ; aujourd'hui encore dans la zone archéologique sous le Dôme, on peut admirer les restes de la vieille cathédrale.,

La décision de remplacer Sainte Reparata avec une cathédrale plus grande et fastueuse, fut une idée prise en 1293 par la République florentine qui décida que tous les citoyens devaient participer aux frais : tous les gens étaient obligés de laisser comme testament une partie de leurs richesses à la « fabrique » du Dôme.

En 1294 le projet fut donné officiellement à Arnolfo de Cambio, qui en 1298 aurait du commencer aussi la construction du Palais Vecchio.

Arnolfo travailla à la réalisation du Dôme de 1296 jusqu'a 1302, année de sa mort, et quoique le style de ces année fut le gothique, Di Cambio pensa à une basilique avec des espaces classiques, et trois grandes nefs qui confluent sur l'autel majeur.

Malheureusement Arnolfo porta à terme seulement les deux travées et la nouvelle façade, décorée à moitié : les sculptures (certaines du même Arnolfo) seront démantelées et transférées au Musée de l'Opéra du Dôme quand le grand duc François I de' Medici décidera de construire une nouvelle façade en 1586.

Avec la mort de Di Cambio, les travaux s'arrêteront et ils recommenceront seulement en 1334 grâce à Giotto qui fut nommé nouveau responsable de la fabrique du Dôme ; malheureusement ce dernier aussi mourra très tôt, en 1337, et il s'occupera principalement de la construction de son clocher.

Giotto sera remplacé par André Pisano (auteur de la Porte Sud du Bathysphère) jusqu'à l'année 1348, l'année de la terrible peste qui portera la population de 90.000 à 45.000 habitants.

Dans le Musée du Bigallo on peut voir une fresque de 1342 qui documente plusieurs passages des travaux.

De 1349 a '59 la direction alla à Francesco Talenti qui compléta le Clocher et partagea la nef centrale en travée carrée, les deux latérales seront rectangulaires.

En 1293, la république Florentine, remplaça St. Reparata avec une cathédrale plus grande et riche, toute la population du participer aux dépenses, chaque personne dans son testament devait laisser une somme pour la « fabrique » du Dôme. En septembre 1296 fut placée la première pierre.