В первой половине XV века флорентийцы продолжали строить свой собор. Пора было подумать о куполе. Проект его в общих чертах существовал давно. Еще в 1366—1367 гг. объявили конкурс на окончательный проект недостроенного собора, в котором приняли участие не только архитекторы, но и художники.
  Один из них, Андреа Бонайути, на фреске, написанной им на стене. Испанской капеллы церкви Санта Мария Новелла, изобразил собор в законченном виде уже с куполом. Теперь задача заключалась в том, каким способом его построить.
  В 1418 году снова объявили конкурс. Флорентийский архитектор Филиппо Брунеллески предложил возвести купол без сооружения специальной деревянной арматуры, которая стоила очень дорого и едва ли смогла бы удержать купол диаметром около 42 метров. Хотя большинству эта идея показалась фантастической, однако ему предоставили возможность заняться ее осуществлением, дав в помощники Лоренцо Гиберти.
  Работа началась в 1419 году и в основном завершилась в 1436. Гиберти, превосходный скульптор, но никакой не архитектор, не столько помогал, сколько мешал, так что Брунеллески приходилось преодолевать огромные трудности не только технического, но и психологического характера. Полностью купол закончили в 1446 году, а венчающий его фонарь — в 1467, уже после смерти Брунеллески.
  25 марта 1436 г. состоялось освящение собора. Эту честь предоставили папе Евгению, IV. «Папа охотно выразил согласие, и, дабы воссияли одновременно и великолепие города, и блеск нового храма, а также, чтобы почтить главу церкви, от Санта Мария Новелла, где проживал папа, до храма построили помост в четыре локтя шириной и два высотой, со всех сторон задрапировав его богатейшими тканями. По этому помосту и направился в новый храм папа со своим двором в сопровождении магистратов и особо отобранных для этого случая граждан.
  Все прочие граждане и простонародье рассыпались до улицам, собрались у окон домов и в церкви, чтобы видеть это величественное зрелище. Когда все церемонии, подобающие таким торжествам, закончились, папа, желая показать свою любовь к Флоренции, удостоил рыцарского звания Джулиано Даванцати, бывшего тогда гонфалоньером справедливости, гражданина, всегда неизменно пользовавшегося заслуженной доброй славой».
  В 1471 году фонарь купола увенчали шаром с крестом; это произошло через 175 лет с того дня, когда заложили первый камень здания. Строительство собора обошлось в 18 миллионов флоринов
  В XV веке флорентийский собор был самой большой церковью во всей Италии; он может вместить 30 000 человек. Его протяженность составляет около 150 м, ширина —около 38 м, диаметр купола у основания — около 42 м, высота собора до верха креста —около 115 м. Внутри собор представляет собой огромное просторное помещение, наполненное обилием воздуха и света.
  Хотя здание имеет готическую конструкцию, однако в его интерьере движение вверх чувствуется слабо, зато ощущается необъятная ширина; светлые гладкие стены и своды создают настроение спокойствия, умиротворения и радости. По конструкции собор готический, по духу — ренессансный.