A Brunelleschi se le considera el iniciador de la arquitectura de estilo renacentista, la que marcó un momento de cambio respecto al estilo precedente, la arquitectura gótica, que había dominado la Baja Edad Media, desde fines del siglo XII hasta el siglo XV-XVI. El renacentismo se caracterizó por buscar su inspiración en una reinterpretación del arte clásico, que se consideraba el modelo más perfecto de las Bellas Artes.
La enorme cúpula -proyectada para llegar a 110 mts. pero nunca realizados- no solo destaca sobre el conjunto de la iglesia sino que es una referencia visual en toda la ciudad de Florencia. El edificio base de la catedral de Florencia es gótico y fue diseñado por Arnolfo di Cambio en 1296, pero, como muchas de las grandes obras eclesiales de la época, estaba sin concluir, pues el crucero se hallaba sin abovedar.
Por la altura del edificio de Santa María de la Flor (84,70 mts, su torre campanario), la cúpula que cubriera el crucero no podía ser totalmente semiesférica, dado posibles problemas en el sistema de empujes y contrarrestos de fuerzas.
La solución de Brunelleschi fue una superposición de dos bóvedas esquifadas, octogonales, una dentro de otra, hechas de ladrillo y divididas en tramos a modo de gajos. Esta innovación permitía un reparto de fuerzas, además de conseguir cierta sensación de ligereza. La distancia entre ambas cúpulas se mantiene constante y por su casquete alargado su forma recuerda al gótico.
Fue construida sobre un tambor poligonal de fábrica que más adelante recubrió con mármoles, a los que se les abrieron óculos circulares que otorgan iluminación cenital al interior del crucero. Esta fue la primera vez que la estructura bien definida de una cúpula ofrecía el mismo aspecto interior que exterior.
Escultura de Brunelleschi mirando Il Duomo de Florencia.
Sección de la cúpula de la Catedral de Florencia.