ロレンツォ・ギベルティ
14世紀末から、ドームの架構は建設が危惧されていたが、1410年には中央上部にドラム（ドームの基部）が築かれたため、その高さは55mに達し、工事は難しい局面に入った。記録には、1417年までに様々な人物による図面や模型のやり取りが残されている。1418年8月19日、ドームの模型公募の布告が行われ、ロレンツォ・ギベルティ、フィリッポ・ブルネレスキとドナテッロ、そしてナンニ・ディ・バンコの案の応募があった。（当時の建築技術で）ドームを築くには巨大な足場と仮枠が必要で非常な困難を伴うと考えられていたが、ブルネレスキは、独立した2重の構造を持つドームを仮枠なしで築く案を提出した。2重構造では重量が増し、危険ではないかと批判を受けたが、最終的にブルネレスキの案が採用された。1420年4月16日、ブルネレスキは工事責任者に任命されたが、彼の手腕を不安視する意見があったため、ギベルティとバッティスタ・ダントーニオも建設責任者として指名された。1420年8月7日、建設が開始され、1434年8月30日にはドーム頂頭部の円環が閉じられて一応の完成をみる。これにより、1436年3月25日には教皇エウゲニウス4世によって大聖堂の献堂式が行われた（この献堂式の際にギヨーム・デュファイ作曲のモテット「バラの花が咲く頃」が演奏された）。このドームは木の仮枠を組まずに作られた世界で最初のドームであり、建設当時世界最大であった。