De estilo Gótico, y siendo la cuarta iglesia más grande del mundo, la construcción de la catedral dedicada a Santa María de las Flores se extendió a lo largo de varios siglos y multitud de artistas.
Tiene planta de cruz latina y tres naves. La Catedral se construyó sobre la base de la antigua Iglesia de Reparata. Lo excepcional de la Catedral reside, no solo en su tamaño y decoración, sino en el compendio de la espectacular cúpula de Brunelleschi, el Baptisterio y el campanario.
Su construcción comenzó en 1296 bajo las órdenes del arquitecto Arnolfo di Cambio, y podemos decir que no se terminó plenamente hasta 1887 con la culminación de la decoración de la fachada. Tras la prematura muerte de Arnolfo di Cambio, y debido a que el Gremio de la Lana era el encargado de llevar a buen puerto la obra, se contrató años más tarde a Giotto, que siguió bastante fidedignamente el proyecto inicial y que se centró esencialmente en la torre. Más tarde, se contrató a Francesco Talenti, quien sí modificó parte del proyecto original.

La Catedral estuvo fuertemente influenciada por los tiempos en que vivió, y esto lo vemos, por ejemplo, en las Puertas del Paraíso, que rememoran la “salvación” de la ciudad tras la Peste, que afectó a la mitad de la población europea y, consecuentemente, florentina, y que refleja escenas del Antiguo Testamento.
El interior nos recibe con una imponente sensación de amplitud, y es consecuencia de las altas naves y de la mezcolanza de distintos artistas y sus obras. Sin embargo, actualmente muchas de las piezas originales se encuentran en el Museo dell’Opera del Duomo.
La Cúpula es quizás la parte de la obra que más incógnitas ha despertado, puesto que su construcción comenzó en 1420, pero se vio plagada de dificultades técnicas. Así, se organizó un concurso cuyo ganador resultó Filippo Brunelleschi, quien hubo de pergeñar una nueva forma de sostener todo el peso y de construir la cúpula en sí. Finalmente consiguió que la cúpula se auto-sostuviese mientras se construía, resultando finalmente en una doble bóveda auto-portante. La cúpula tardó 16 años en construirse.

La Catedral incluye el Baptisterio, ubicado frente a la fachada y de planta octogonal que está dedicada a San Juan Bautista. Su diseño sigue el perfil de la Catedral, plagada de mármoles verdes y blancos.
Exteriormente la Catedral está decorada con mármoles blancos, verdes y rosas. La fachada, como hemos comentado, se terminó en 1887, se trata de una obra Neo-gótica.
En conjunto, la Catedral, destacando especialmente la Cúpula, el campanario y el Baptisterio, suponen una construcción brutal e imponente, haciendo de la misma una muestra espectacular del Gótico.