Fu iniziato da Arnolfo di Cambio intorno al 1296 nel luogo stesso ove sorgeva la chiesa di Santa Reparata, cattedrale di Firenze, di fronte a San Giovanni. Alla morte di Arnolfo, nel 1301, assunse la direzione dei lavori Giotto. Morto lui, i lavori proseguirono da Andrea Pisano, poi da Francesco Talenti che la completò nel 1369. La cupola venne realizzata dal Brunelleschi, che impiegò 14 anni e nel 1436 il papa Eugenio IV consacrò solennemente il tempio dedicandolo a Santa Maria del Fiore.
L’attuale facciata fu eseguita nel 1887, su disegni dell’architetto De Fabris.
L’interno è diviso in tre navate con pilastri eleganti e saldi che sorreggono le volte ogivali, esempio di architettura gotico-fiorentina.
Ha una lunghezza di 150 metri. Le bellissime vetrate colorate sono state realizzate su cartoni di Lorenzo Ghiberti, Agnolo Gaddi, Ambrogio da Pisa. Il pavimento è in marmi policromi; gli angeli musicanti, nelle sei arcate, sono affrescati da Santi di Tito (XVI sec.) e le teste dei profeti, nell’orologio, sono di Paolo Uccello.
Il coro di marmo è stato disegnato da Giuliano di Baccio d’Agnolo, ha nel centro l’altare disegnato dallo stesso con figure e bassorilievi di Baccio Bandinelli.
Nella prima cappella del transetto si trova La Pietà di Michelangelo, composizione marmorea rimasta incompiuta e che costituisce il più importante monumento custodito nella Chiesa.
Nella navata di sinistra, la tavola con Dante, la Divina Commedia e il panorama di Firenze, è di Domenico di Michelino; la statua del David (1434) e due affreschi: la statua equestre del generale Giovanni Acuto (1436) e l’altro il condottiero Niccolò Marrucai da Tolentino, di Andrea Castagno (1456).