Una delle imprese costruttive più significative dell'intero Rinascimento è l'edificazione, per opera di Filippo Brunelleschi, della cupola sovrastante la cattedrale di Firenze. L'opera, iniziata nell'estate del 1420, fu completata nel 1436. Ma soltanto nel 1471, con il posizionamento della lanterna che vide l'impiego di macchine concepite appositamente da Brunelleschi, la cupola potè dirsi ultimata. La grandiosa costruzione fu realizzata senza armature dal suolo, ma attraverso un'ardita tecnica, ricavata da esempi romani, basata su di una struttura a spirale con mattoni disposti a lisca di pesce e doppia volta con intercapedine. Dal punto di vista architettonico la costruzione della Cupola di Santa Maria del Fiore rappresenta l'evento inizio del Rinascimento. La Cupola è la costruzione più famosa di Firenze, simboleggia la grande tradizione culturale e la consapevolezza civica della città.
Le volte della Cupola sono state dipinte da Giorgio Vasari (1511-1574) e Federico Zuccari (c. 1540-1609) con un affresco rappresentante il Giudizio Universale.