Dóm Santa Maria del Fiore, v němž se snoubí gotická katedrála toskánského typu s renesanční kupolí, dominuje panoramatu Florencie.
Stavba florentské katedrály byla zahájena na zakázku florentské republiky 8. září 1296 podle návrhů významného architekta Arnolfa di Cambio. Stavělo se na místě, kde stál původní kostel Santa Reparata. Po Arnolfově smrti v roce 1302 byly práce na 30 let přerušeny. Poté bylo pokračování díla svěřeno Giottovi di Bondone, který však pouze navrhl projekt vedle stojící zvonice (Giottova kampanila). Stavba se opět rozběhla až roku 1357 podle plánů Francesca Talentiho, který Cambiovy plány výrazně změnil. Jeho dílem jsou mohutné křížové žebrové klenby ve všech lodích i plán, vytvořit nad křížením ohromnou kupoli o šířce všech tří lodí. Rozšíření se dočkal i chór. Podélný trakt byl dokončen roku 1378. Čtyři pole hlavní lodi mají rozměry 20 × 20 metrů a výšku 40 metrů. Interiér proto působí nesmírně pádným, monumentálním dojmem. V roce 1386 byly budovány základy chórového závěru a roku 1389 byly budovány pilíře křížení. V roce 1413 byl proveden tambur kupole a vynořila se otázka po její technické realizaci.
Na realizaci kupole byla vypsána počátkem 15. století architektonická soutěž, kterou vyhrál Filippo Bruneleschi. Dvouplášťová osmiboká kupole, kterou postavil v letech 1420–1434, byla a je dosud považována za zázrak stavební techniky. Byla postavena zvenčí dovnitř, z cihel kladených ve vzoru rybí kosti bez použití lešení. Její rozpětí činí 41,97 m. To znamená, že byla dlouho třetí největší stavbou svého druhu na světě (rozpětí kupole svatopetrské baziliky v Římě je o 60 cm širší, základna kupole Pantheonu činí 43,22 m; v novodobých dějinách tyto rozměry poprvé zásadněji překonává teprve Hala století ve Vratislavi).
25. března 1436 byla katedrála zasvěcena papežem Evženem IV. Panně Marii. Papež tehdy pobýval delší dobu ve Florencii. Poté v dómu zasedal v letech 1438–1439 ferarsko-florentský koncil, který osobně navštívil byzantský císař Jan VIII. a konstantinopolský patriarcha Josefos. V červnu 1439 tu byla uzavřena církevní unie.
Roku 1478 byl z podnětu rodiny Pazziů spáchán v bazilice atentát na Medicejské. Lorenzovi Nádhernému, se podařilo uniknout, ale jeho bratr Giuliano byl zabit.
Roku 1587 bylo zbořeno nedokončené průčelí katedrály, které stavěl Arnolfo di Cambio. Poté byla vypsána řada konkursů na jeho dostavbu, ale teprve roku 1871 byl schválen návrh architekta Emilia de Fabris, který respektoval historický vzhled katedrály. Novogotická přední fasáda byla dokončena v roce 1887. Stejně jako pro ostatní stěny je také pro chrámové průčelí typické obložení třemi druhy mramoru: bílým z Carrary, zeleným z Prata a růžovým z Maremma a navíc bohatá figurální výzdoba.