Il 7 agosto 1420 ebbe inizio la costruzione della cupola del Duomo di Firenze, la celeberrima cupola del Brunelleschi, la più grande cupola in muratura mai costruita. Nel progetto del Duomo, iniziato nel 1294, Arnolfo di Cambio aveva previsto una cupola, ma i lavori si erano bloccati nel 1315, perché non si sapeva dove far appoggiare le centine che avrebbero dovuto sostenerne il peso. Nel 1418 l’Opera del Duomo bandì un concorso pubblico per la costruzione della cupola, vinto da Filippo Brunelleschi, ma non fidandosi troppo di un orafo prestato all’architettura, gli venne affiancato Lorenzo Ghiberti. Fra i due c’era una ruggine antica, nel 1401 Ghiberti aveva vinto il concorso per la realizzazione della porta nord del battistero, e Brunelleschi non l’aveva presa bene, tanto che la loro collaborazione fu breve, in corso d’opera trovò il modo di farlo uscire di scena.
Il progetto di Brunelleschi era innovativo e fece molto discutere, si trattava di un “dispositivo” che
sintetizzava per punti le modalità di costruzione e come il tamburo dovesse essere chiuso, che impartiva già anche le disposizioni esecutive in dodici punti, dando indicazioni anche per le variazioni e le aggiunte. In cosa consistesse l’innovazione ce lo dice così Leon Battista Alberti nel Prologo del De Pictura: “Chi mai sì duro o sì invido non lodasse Pippo architetto vedendo qui struttura sì grande, erta sopra e’ cieli, ampla da coprire con sua ombra tutti e’ popoli toscani, fatta sanza alcuno aiuto di travamenti o di copia di legname, quale artificio certo, se io ben iudico, come a questi tempi era incredibile potersi, così forse appresso gli antichi fu non saputo né conosciuto?”. Per realizzare il progetto di Brunelleschi non ci sarebbe stato bisogno di cèntine, a sostenere la cupola sarebbe stata la modalità stessa della sua costruzione: il problema era che non si trattava di una cupola di rotazione, ma di una cupola a spicchi, su pianta ottagonale, e Brunelleschi dovette inventare il procedimento costruttivo passo per passo, senza tralasciare alcun dettaglio. Le armature non furono necessarie perché l’architetto aveva 
progettato una doppia volta con intercapedine, e quella interna, spessa più di due metri, fu realizzata con conci a spina di pesce, e con la posa dei mattoni che seguivano una curva aperta verso l’alto, detta a corda blanda, che con un sapiente calcolo dei pesi rendevano la struttura autoportante; la seconda cupola, dello spessore di 90 cm, aveva invece solo funzione di copertura. Brunelleschi suddivise il cantiere in 8 sotto-cantieri, tanti quante erano le vele, in modo che la costruzione potesse procedere uniformemente su tutti gli otto lati dell’ottagono; alla fine l’altezza totale della Cupola è di circa 116 metri ed ha un peso di ben 29000 tonnellate; la diagonale maggiore della cupola interna misura 45 metri, quella esterna 54 metri.
L’opera ha fatto scuola per le cupole successive: quella di San Pietro a Roma, quella di San Paolo a Londra, quella del Campidoglio a Washington.
