Építéstörténete:
A székesegyházat 1294-ben néphatározat alapította. Az építést 1296-tól Arnolfo di Cambio kezdte meg. Sok pillérrel, oszlopokkal, levélfaragványokkal, figurákkal látta el. Alapjába benne van a Santa Reparata templomának illetve más kisebb templomoknak és a környéken álló házaknak az alapja is. Legalján nagy kövek, majd tartós kavics és mészkő követi ezt. Arnolfo beboltozta a kupola alatt elhelyezkedő három fő tribunát is, de 1300-ban elhunyt. Később Giotto vezette a munkálatokat, őt Andrea Pisano és Francesco Talenti követte. 1357-ben az eredeti tervet kibővítették. Brunelleschi 1420-ban átvette a munkát, ekkora már készen volt a hosszház, a boltváll magasságáig a kupolatér. Ő a kupolát készítette el, ezt 1436-ban szentelték fel. Az Arnolfo di Cambio-féle homlokzatot 1587-ben lebontották; a jelenleg láthtó gótikus sítlusú homlokzat 1871-1887 között épült Emilio de Fabris tervei alapján.
Méretei:
A templom 169 méter hosszú, 104 méter széles, kupolája a lanternával 107 méteres, ezzel a világ negyedik legnagyobb temploma.
Kupola:
A 40 métert meghaladó fesztávolságú, nyolcszög-alaprajzú tér fölé kettős héjú kolostor boltozat emelkedik. Szerkezete még gótikus. Vannak újszerű szerkezeti, építéstechnikai jellegzetességei is. A vastagabb belső héjban 64 rejtett, spirálvonalban felfelé haladó bordát hozott létre, így a kupola szerkezete önhordó lett, nem kellett aláállványozni a teljes építkezés ideje alatt. A kupola belsejét Vasari és Zuccari freskói díszitik. Fából készült, külsejét pedig cseréppel borították be.
Belseje:
Egyszerű, puritán stílusú, de több gyönyörű festmény és síremlék ékesíti. A központi kápolnában található például Firenze első püspökének, Szent Zenóbiusznak (San Zanobi) a szarkofágja, Lorenzo Ghiberti műve. Ugyanitt az oltár felett látható két terrakotta angyalszobor, Lucca della Robbia alkotása. A baloldali hajóban levő két lovas kép Paolo Uccello és Andrea del Castagno munkája. Egy lépcső visz le Szent Reparata kriptájába; itt nyugszik Brunelleschi is.
Lorenzo Ghiberti például a firenzei dóm számára készítette azt az ereklyetartót, amely Szent Zenóbiusz életének jeleneteit ábrázolja.
Harangtorony: (Campanile / Campanile di Giotto)
84,7 méter magas, gótikus harangtorony, sötét és világos márványberakással. A köznép ma is Giotto tornyának hívja. A mester 1334. július 9-én látott neki a munkának: 20 rőfnyi mély gödröt ástak hozzá s kimerték a kavicsot és vizet a gödörből, majd alját keménykövekkel borították. Erre került aztán 12 rőfnyi tégla és kavics, majd kézzel 8 rőfnyi magasságú fal. Ünnepélyes keretek között Firenze érseke tette le első kövét. A falakat eztán a német gótikát követő stílusban építették tovább.
A torony építését 1359-ben Andrea Pisano (1290-1348) s később F. Talenti fejezték be. Az alsó emeleten ikerablakok, míg a legfelsőn hármasablak található. A faldiszítő elemeket maga Giotto rajzolta meg. A tervek alapján aztán Pisano tette fel a domborműveket.
A templom felőli oldal domborművei Luca della Robbia alkotásai. 1437 és 1438 között készítette öt márványművet, amelynek figurái az öt szabad művészetet személyesítették meg.
A felette nyíló fülkék szobrai csak másolatok, eredetijüket a dóm múzeumában lehet megtekinteni. A torony nyugati oldalát Donatello szobrai, többi közt a híres Zuccone (Dávid szobra), déli és északi oldalát Giotto és Andrea Pisano szép reliefjei ékesítik.
Dóm-múzeum: (Museo dell'Opera del Duomo)
Az Opera del Duomoban őrzik az 1891-ben megnyitott Museo del Duomot, a székesegyházból, a hatangtoronyból és a keresztelő kápolnából való régiségeket, többek közt a Luca della Robbiatól és Donatellótól származó éneklő és táncoló fiúk és lányok csoportjait s más domborműveket, szobrokat, ötvöstárgyakat. A leghíresebb mű a múzeumban Michelangelo Pietája (1550).