Výstavbu katedrály si objednala Florentská republika. V roce 1296 se začalo s výstavbou podle návrhů významného architekta Arnolfo di Cambia. V roce 1302 zemřel, tak musela být stavba přerušena. Teprve po 30 letech byla stavba svěřena dalšímu italskému architektovi, který je považován za předchůdce renesančního umění. Byl to Giotto di Bondone, který postavil v sousedství i zvonici, která je po něm pojmenována - Giottova zvonice.
V roce 1357 stavbu přebral další toskánský architekt, který vytvořil mohutné křížové klenby a také dostal nápad postavit obrovskou kupoli, která byla široká jako všechny tři lodě. Sám ale nevěděl tuto kopuli zrealizovat, a tak na začátku 15. století vyhlásili soutěž. Její výstavba trvala 14 let a dodnes se považuje za architektonický zázrak.
Katedrála Santa Maria del Fiore byla posvěcena v roce 1436 papežem Evženem IV. a zasvěcena Panně Marii. Katedrála ukrývá řady mistrovských děl středověkého umění. Interiér není příliš zdobený. Je typickou ukázkou italské gotiky. Kupole je vyzdobena freskami. Uvnitř svatostánku uvidíte Danteho portrét.