В архитектурном плане примечательны купол, созданный по проекту Филиппо Брунеллески, и облицовка стен с внешней стороны полихромными мраморными панелями различных оттенков зелёного и розового цветов с белой каймой. Дуомо был спроектирован так, чтобы мог вместить всё население города (на момент строительства — 90000 человек), то есть был чем-то вроде огромной крытой площади. Красный купол собора, ставший символом Флоренции, как бы парит над всем городом. Длина собора 153 метра, ширина — 90 метров. Необыкновенно изящный и одновременно грандиозный собор стал своеобразным рубежом, отделившим архитектурные традиции средневековья от принципов строительства эпохи Возрождения. Строился собор около шести веков под руководством, как минимум, шести архитекторов. Первый камень в основание здания был заложен 9 сентября 1296 года в присутствии многочисленных священнослужителей, городских чиновников и большого количества горожан. Собор был освящён в 1436 году, но фасад был недостроен. Великий герцог Франциск I приказал разобрать фасад и построить его заново. Лишь в XIX веке было решено достроить собор. В 1887 году появился существующий ныне фасад. В интерьере собора выделяются необычные часы, созданные Уччелло в 1443 году и идущие по сей день. Стрелка этих часов движется против обычного направления. В соборе установлены бюсты органиста Антонио Скварчалупи, философа Марсилио Фичино, и Брунеллески. Наиболее древними являются южные ворота, которые содержат 28 панелей с барельефами, изображающими жизнь Иоанна Крестителя и Основные Добродетели. Северные ворота созданы в 1401—1424 годах, также содержат 28 панелей, заключённых в рамы и выполненных в готическом стиле. Эти барельефы изображают картины из Нового Завета. Восточные ворота являются самыми известными. Они были созданы в 1425—1452 годах. Ворота разделены на 10 золочёных панелей без рам и представляют библейские истории. Это творение Гиберти было высоко оценено Микеланджело (через 50 лет после создания) и названо им ʺВратами раяʺ. В настоящее время панели ʺВрат раяʺ заменены на копии, а оригинальные панели находятся в музее Дуомо. Копия этих ворот в начале XIX века была установлена на северном входе в Казанский собор в Санкт-Петербурге (при этом некоторые панели поменяли своё место).