Fallet ägde rum mycket nära den berömda Ponte Vecchio, en medeltida täckt bro över Arno.
Hålet är ca 200m (650ft) i längd och 7m (23ft) över.
Brandmän tror att klyftan har skapats av fel på ett stort vattenrör under ytan.
Florence borgmästare Dario Nardella tweetade (på italienska) att ingen hade skadats i händelsen på Lungarno Torrigiani.
Han vädjade till bilisterna att ta bort sina bilar från det närbelägna området och sade att vattenförsörjningen till en del av stadens centrum var avskuren.
Regionala tidningen Corriere Fiorentino rapporterar att tusentals invånare är utan vatten.
Det första tecknet på problemet kom inte långt efter midnatt, när polisen kallades, berättade borgmästaren för Italiens nyhetsbyrå Ansa.
Den stora kollapsen ägde rum 06:14 lokal tid, sade Nardella.
En del av stranden av floden Arno i centrala Florens kollapsade på onsdagsmorgonen och sände en del av vägen och minst 20 parkerade bilar in i ett nybildat dike.