La Catedral o Duomo, (del latín Domus Dei"o "Casa de Dios") consagrada a Santa Maria dei Fiore se encuentra en pleno casco antiguo de la ciudad. Data del siglo XIV, en pleno Renacimiento temprano. Es famosa por su gran cúpula, que tiene 45 m de diámetro y 100 de altura. Fue diseñada por Brunelleschi, uno de los más grandes arquitectos renacentistas. El interior contiene frescos de Giorgio Vasari que representan el Juicio final. El edificio, de unas dimensiones gigantescas, es de cruz latina, con una nave principal y dos laterales. El suelo está recubierto demármoles
de colores que dibujan un laberinto de formas y texturas. Excepto la
cúpula y los tejados de cerámicas naranjas, las paredes del templo están
recubiertas de mármol toscano blanco, verde y rosa, formando dibujos
nerviosos y mágicos. Este recubrimiento data del Renacimiento, excepto
el de la fachada, que es del siglo XIX. 
Una característica que tienen muchos templos italianos es que el Campanile o
campanario no está unido a la iglesia, sino separado, a pocos metros de
la misma. Fue diseñado por Giotto y está completamente recubierto por mármol toscano de colores vivos.
Justo delante de la catedral se encuentra el suntuoso Baptisterio, lugar donde se bautizan los bebés. El gran atractivo del baptisterio es la puerta Este, con paneles donde Ghiberti
talló unos bajorrelieves en la madera y más tarde recubrió con papel de
oro. Movido por su gran ego, talló su propia imagen en la puerta (y la actual es copia, aviso).
