La prima vera chiesa di Firenze fu la basilica di San Lorenzo, consacrata nel 394. Nel corso del V o VI secolo fu poi costruita la basilica di Santa Reparata, restaurata più volte.
Nel 1293 la Repubblica di Firenze decise di sostituire Santa Reparata con una cattedrale più ampia e sfarzosa, che doveva superare tutte le chiese delle città toscane rivali, sia in grandezza che in bellezza. Tutti dovevano contribuire alla realizzazione del Duomo, lasciando per testamento una quota delle loro ricchezze a tale proposito.
Nel 1296 circa, papa Bonifacio VIII posò la prima pietra della nuova cattedrale sopra i resti della basilica di Santa Reparata.
Il Duomo di Firenze è il frutto di un lungo lavoro durato più di sei secoli.
Il progetto iniziale è quello di Arnolfo di Cambio alla fine del duecento; la splendida cupola conosciuta in tutto il mondo appartiene al rinascimentale Filippo Brunelleschi; la facciata è del tardo ottocento.
Arnolfo lavora per il Duomo di Firenze dal 1296 al 1302, anno della sua morte. Nonostante lo stile di quel periodo fosse il gotico, Arnolfo immagina una basilica con 3 navate che confluiscono nell'altare maggiore. Il di Cambio realizza due campate e la nuova facciata.
Alla sua morte i lavori si interrompono, riprendendo nel 1334, anno in cui Giotto viene nominato responsabile dei lavori. Ma anche Giotto non avrà molto tempo, in quanto morirà nel 1337 e il suo tempo lo dedicherà soprattutto al campanile che tuttavia rimane incompiuto.
La volta della navata di mezzo viene completata nel 1378 d.C. e due anni più tardi vengono terminate anche le navate minori. Nel 1434 d.C. vengono dati gli ultimi ritocchi alla cupola del Duomo di Brunelleschi.
La facciata viene realizzata intorno al XIX secolo; all'interno Paolo Uccello, insieme ad Andrea del Castagno e Lorenzo Ghiberti, realizza vari affreschi e i cartoni per le vetrate della Basilica.
La facciata, sebbene risulti in armonia con il resto del complesso, viene realizzata soltanto intorno al XIX secolo.
Le bellissime terracotte poste sulle lunette delle porte delle due sagrestie, invece, sono di Luca della Robbia.
La cattedrale, dedicata a Santa Maria del Fiore in omaggio alla città di Firenze, viene consacrata il 25 marzo del 1436.
Il Campanile, iniziato da Giotto nel 1334, continuato dal Pisano e completato da Francesco Talenti nel 1359, è la più grande testimonianza dell'architettura gotica del trecento a Firenze.