1420年からはブルネッレスキが設計した巨大なクーポラの工事も始まり、1436年にそれも完成。その頂上にレオナルド・ダ・ビンチの師匠であるヴェロッキオがランタンを据え付けたのが、1468年である。但し、現在クーポラの頂上にあるのはヴェッロキオの作ったものではない。
　最終的にこの聖堂ができあがったのは、ファサードの彫刻を取り付けた19世紀の末である。
　 内部はラテン十字形の3廊式の構造で巨大な空間である。（15世紀当時はフィレンツェ市民全員が入ることができたという）
　 主祭壇にはベネデット・ダ・マイアーノ作の木彫りの「キリストの磔刑像」が飾られている。

　ファサードには3面のステンドグラスがあるが、これらはロレンツォ．ギベルティの作である。
　入口を入ってすぐ上のファサードの裏側に時計があるが、これは、1443年、パオロ・ウッチェッロによって描かれた。四隅には聖人の顔が描かれている。
　入って左の壁面の手前には、1432年のサン・ロマーノの戦いを指揮した「傭兵隊長ニッコロ・ダ・トレンティーノの騎馬像」アンドレア・カスターニョ作がある。
　その奥に1377年から1434年までフィレンツェ市の傭兵隊長だったイギリスの「ジョン・ホークウッドの騎馬像」パオロ・ウッチェッロ作がある。これは1度ホークウッドの生前の1395年に描かれたがその後1436年ウッチェッロによって描き直された。
　二つの騎馬像は共に下から見上げる位置に置かれているので、台座が遠近法で描かれている。

　高さ91m、直径40m強のクーポラの内面には、図像プログラムを人文主義者のヴィンチェンツィオ・ボルギーニが考案し、ジョルジョ・ヴァザーリ（1572〜〜79）と彼の死後あとを引継いだローマのアカデミー院長フェデリーコ・ズッカリが描いた「最後の審判」がある。
　このフレスコ画を間近でよく見たければクーポラに登ると、途中クーポラの内側テラスに出られ、そこからはすぐ目の前に見ることができる。 近くで見るとかなり巨大な絵であるが、ミケランジェロのそれに比べるとラフに仕上がっている感じがする。

クーポラ内の絵画「最後の審判」

クーポラ屋上への階段