В конце XIII века жители Флоренции начали строительство нового городского собора. Его возводили на месте древнего храма, который назывался Санта-Репарата – святая Репарата. Эту святую особо почитали во Флоренции, так как в день ее памяти в начале V века жители Флоренции одержали победу над варварами во главе с Радагайсом. В благодарность за спасение города тогда была построена церковь Санта-Репарата, которая к XII веку стала городским собором. К концу XIII века ее обветшавшее здание уже не отвечало ни вкусам, ни потребностям горожан. Оно было маленьким и не вмещало всех желающих, и вдобавок, его облик не соответствовал возросшему богатству и могуществу Флоренции.
Флорентийцы решили воздвигнуть новый собор таким, «чтобы нельзя было потребовать от человеческих сил и рвения ни большей по размерам, ни более прекрасной постройки». Гигантская величина и сказочная пышность храма призваны были символизировать богатство и мощь Флоренции, стать предметом гордости ее жителей и свидетельством их патриотизма. Торжественная церемония закладки нового собора состоялась 8 сентября 1296 года в праздник Рождества Богородицы. Первый камень в основание собора был заложен кардиналом – представителем римского папы, в присутствии многочисленных епископов, священников и гражданских властей Флоренции, а также огромного количества горожан.
Первым строителем собора стал Арнольфо ди Камбио, крупнейший архитектор того времени. Он задумал построить колоссальное здание с планом в виде латинского креста. Над пересечением нефов предстояло подняться громадному куполу, который должен был стать центральным элементом всего ансамбля. Но в 1302 году Арнольфо ди Камбио скончался, успев лишь частично возвести боковые стены, полностью – стену главного фасада и наполовину отделать ее. С 1310 года строительство собора прекратилось и возобновилось только сорок пять лет спустя, в 1355 году. Во время этого почти полувекового перерыва архитектором Джотто ди Бондоне была построена колокольня собора, известная под именем «кампанилла Джотто».
Еще во время строительства, в 1412 году, новый собор был официально посвящен Богоматери и стал называться Санта-Мария дель Фьоре – собор Девы Марии с Цветком Лилии в Руке. Остатки древней церкви Санта-Репарата, которую сломали в 1375 году, вошли в объем нового здания.
С 1355 года строительством собора руководила специальная комиссия, а главным архитектором был назначен Франческо Таленти. Проект ди Камбио был отставлен, и вместо него принят новый, предусматривающий некоторое расширение собора. Но строители столкнулись с чрезвычайно сложной технической задачей: как возвести громадный купол?
В 1366–1367 годах флорентийцы объявили специальный конкурс на проект окончательного завершения недостроенного собора, в котором приняли участие не только архитекторы, но и художники. Один из них, Андреа Бонайути, даже изобразил собор, каким он себе его представлял – в законченном виде, с куполом, – на фреске Испанской капеллы церкви Санта-Мария Новелла. Но проблема, как построить купол, все равно снята не была, и разрешить ее сумел только Филиппо Брунеллески, крупнейший итальянский зодчий эпохи Возрождения.
В 1420 году крупнейшие мастера Тосканы и зарубежные архитекторы собрались во Флоренции для обсуждения метода возведения купола недостроенного собора Санта-Мария дель Фьоре. Среди разных мнений совершенно неожиданным прозвучало предложение Брунеллески: возводить купол без каких-либо строительных лесов, что позволяло значительно сэкономить на средствах и материалах. При этом купол должен быть не сферическим, так как верхняя часть такого купола не выдержит нагрузки и обвалится, а стрельчатым, вытянутым вверх и ребристым. Восемь ребер купола должны были принять на себя основную нагрузку.
Многим эта идея показалась фантастической, но Брунеллески сумел убедить в своей правоте коллег и городские власти Флоренции. Строительство купола в основном было закончено в 1436 году, но окончательно он был завершен в 1446 году, а венчающий его фонарь – только в 1467 году, уже после смерти Брунеллески. Диаметр купола Флорентийского собора составляет 42 м. Это значительно превосходит все предыдущие постройки античности и Средневековья. Огромный, вознесенный вверх, купол, по словам восхищенных современников, был «могучим и воздушным, способным осенить все народы Тосканы».