Tegen het einde van de 13e eeuw vond het ambitieuze bestuur van de stadsrepubliek Firenze dat ze hoognodig toe waren aan een kerk met meer uitstraling dan hun huidige Santa Reparata. Arnolfo di Cambio kreeg de opdracht toegewezen een nieuwe prestigieuze kerk te ontwerpen.[br]Het goedgekeurde ontwerp toont een typisch gotisch plan met middenbeuk, zijbeuken, dwarsbeuk en viering, maar wel met enorme afmetingen. Zo moest het schip 153 m lang worden. De gigantische afmetingen van de kerk ervaar je maar pas echt als je bovenaan het schip aan de voet van de koepel staat.

Maar het meest ambitieuze deel van het plan was zonder twijfel de reusachtige achthoekige koepel die hoog boven de viering zou uitrijzen.

Halverwege de 14e eeuw viel de bouw stil. De afmetingen en de vorm van de op te trekken koepel werden vastgelegd, maar niemand had ook maar een idee hoe je zo een enorme koepel zou moeten bouwen. Tussen 1410en 1413 werd de tamboer gebouwd (de verticale onderbouw van de koepel), maar nog steeds bleef dat enorme gat vragen om een oplossing.