План Браманте 1505 року передбачав споруду центричного храму, але невдовзі по його смерті був прийнятий традиційніший базилікальний план Сангалло. Мікеланджело вирішив прибрати складні неоготичні елементи плану Сангалло й повернутися до простого, строго організованого центричного простору, над яким домінував величезний купол на чотирьох опорах. Мікеланджело не вдалося повністю утілити цей задум, але він встиг побудувати задню та бічні стіни собору із велетенськими пілястрами коринфського ордеру, з нішами й вікнами між ними. Купол завершив Джакомо делла Порта, уже після смерті Мікеланджело.