La cúpula de Santa Maria dei Fiori és la coberta del creuer de la basílica de Santa Maria del Fiore de Florència. Quan es va construir al era la cúpula més gran del mon, i encara és la cúpula de maçoneria amb maons més gran mai construïda El diàmetre màxim de la cúpula interna és de 45,5 metres, mentre que el de l'exterior és de 54,8. Va ser projectada i dirigida per Filippo Brunelleschi, qui va iniciar amb aquesta obra el Renaixement italià i florentí en arquitectura. Per la influència fonamental que va tenir per al desenvolupament de l'arquitectura i la concepció moderna d'edificis, encara és considerat per alguns com l'obra arquitectònica més important mai construïda a Europa des de l'antiga Roma.
Les dimensions van impedir utilitzar el mètode de construcció tradicional amb l'ajut de cintres, i per això al llarg del temps es van formular moltes hipòtesis sobre la tècnica de construcció que s'havia d'utilitzar. Brunelleschi no va deixar registre de cap dibuix, maqueta o esbós on explica el procediment que va fer servir per a construir-la.
Les obres de construcció de la cúpula van durar setze anys, des de 1420 fins al 1436. L'any 1446 va començar la construcció del llanternó, el qual va ser acabat l'abril de 1461. El revestiment exterior del cimbori es va executar entre 1512 i 1515, i la decoració pictòrica de l'interior de la cúpula va començar més d'un segle després de la finalització del llanternó, entre 1572 i 1579. S'hi van utilitzar quatre milions de maons, i el pes total de la cúpula és més de 25.000 tones.
Bona part dels pèrits de la societat florentina i italiana del moment s'hi van implicar: arquitectes com Filippo Brunelleschi, Miquel Àngel i el seu mestre Andrea del Verrocchio, l'escultor Donatello, artistes polifacètics com Lorenzo Ghiberti, pintors com Vasari i Federico Zuccaro, o científics com Paolo dal Pozzo Toscanelli. També hi participaren els senyors de Florència, començant per Cosme de Mèdici o el gran duc Cosme I de Mèdici. Com que era part d'un edifici religiós de primer ordre, el papa Eugeni IV la va consagrar.
Com a tota gran obra humana, van haver-hi enfrontaments entre persones; Brunelleschi tenia un caràcter difícil, i les circumstàncies el portaren a forts enfrontaments amb els artistes Lorenzo Ghiberti i amb Antonio de Ciaccheri Manetti. També moments de crisi, com el naufragi del vehicle amfibi, conegut com Il Badalone, dissenyat per Brunelleschi i destinat a transportar marbre des de Pisa fins a Florència.
Els cònsols del gremi de l'Art de la Llana van assegurar el finançament continuat de l'obra, així com la de crear un sistema de govern del consorci «Opera del Duomo» (‘les obres de la catedral’) que havia d'escollir el disseny més idoni que en garantís la seguretat. L'organització de concursos públics per poder escollir en cada fita important les millors idees, permeté mantenir un alt nivell de rigor tècnic i una estètica que continua suscitant l'admiració fins avui.
És una de les construccions mes característiques de Florència i forma part de la silueta de la ciutat. L'any 1982, el centre històric de Florència, del qual la catedral i la cúpula de Santa Maria del Fiore en formen una part essencial, van ser declarats Patrimoni de la Humanitat per la Unesco.
Al museu de l'Opera del Duomo de Florència es mostren diverses maquetes que van servir per a construir la basílica, així com de grues i altres eines dissenyades per Brunelleschi.
Descripció miniatura|upright=1.3|Cimbori, cúpula i llanternó La cúpula està formada per quatre arcs apuntats rebaixats que emmarquen vuit cares o panys ogivals, cobertes amb teula de fang vermell i vorejades per vuit nervis de pedra blanca. Tota l'estructura descansa sobre un cimbori octagonal de cares rectes, perforat per vuit òculs per a la il·luminació de l'interior. Els nervis convergeixen en un anell octagonal superior, coronat per un llanternó, element que també col·labora en l'entrada de llum. L'interior està constituït per dos casquets o domos, un d'interior i un altre exterior, construïts amb maó disposat en forma d'espiga de blat. Els casquets són connectats entre si per mitjà d'una retícula interior formada per costelles i nervadures, que sostenen la cúpula i col·laboren a l'estabilitat. El buit que queda entre els dos casquets forma un espai pel qual hom pot ascendir fins al llanternó.
L'exterior del cimbori està revestit amb marbres policroms i amb una balustrada incompleta que només es va construir en una de les seves cares. La cara interna de la cúpula està decorada amb pintures al fresc i al tremp d'ou que representen el Judici Final i que amb unes 700 figures i 3.600 metres quadrats de superfície és la pintura mural més gran del món.
Les mides del conjunt són colossals. L'alçada màxima de la cúpula és de 116,50 metres, el diàmetre màxim del casquet interior és de 45,5 metres i el de l'exterior, de 54,8 metres. La base de les impostes es troba a 55 metres de terra. El cimbori, de 13 metres d'alçària i 43 d'amplada, se situa a 54 metres del sòl. El casquet interior té una funció estructural autoportant, i el seu gruix a la base és de 2,20 metres, que disminueix fins als 2 metres a la cúspide, mentre que el casquet exterior, amb una funció únicament de coberta, té un gruix que passa d'un metre a 40 centímetres. L'anell superior de tancament de la cúpula es troba a 86,70 metres del sòl. El llanternó té 6 metres de diàmetre i 21 d'alçària. Les vuit cares trapezoidals de la cúpula mesuren 17,50 metres de longitud i tenen una alçària de 32,65 metres.
L'obra de la cúpula no respon completament a la idea d'obra del Renaixement, en tant que ell concepte només fou possible per la influència gòtica.
Antecedents La construcció en estil gòtic va patit una davallada a partir de finals del segle XIV. En aquest període els emergents estats nació van començar a competir amb l'església com a centres de poder. Per aquestes noves entitats, l'Imperi Romà era el model d'estat-nació, i semblava apropiat l'ús de construccions romanes com a símbols del nou poder, particularment l'arc de mig punt, la volta de canó i per sobre de tot, la cúpula, seguint l'exemple del Panteó de Roma. A Florència s'hi sumava una altra raó de pes; l'estil gòtic era el practicat pels tradicionals adversaris de la ciutat, especialment Milà i també França.
La cúpula original d'Arnolfo di Cambio miniatura|upright=1.3|Detall de L'Església militant i triomfant, amb el dibuix del projecte d'Arnolfo di Cambio Les obres de l'actual edifici de la catedral de Santa Maria del Fiore es van iniciar entre els anys 1294 i 1295 per substituir l'antiga església de Santa Reparata, de dimensions més petites. Arnolfo di Cambio, l'arquitecte o capomaestro que va projectar la nova catedral, va morir poc després de l'inici de les obres. Si bé havia deixat construït un model de l'església de considerables dimensions, aquest s'ensorrà sota el seu propi pes en algun moment del segle XIV.
Arnolfo di Cambio havia previst una àmplia nau central amb un creuer obert a tres cossos laterals. El creuer es cobriria mitjançant una cúpula de base octagonal, tal com es pot apreciar en un conegut fresc d'Andrea di Bonaiuto, l'Església militant i triomfant a la basílica de Santa Maria Novella a Florencia. La pintura, datada de 1355 aproximadament, mostra en segon pla una església clarament reconeixible com Santa Maria del Fiore, en què es representa una cúpula desproveïda de cimbori i amb forma semiesfèrica, encara que de costats molt corbats Malgrat això, una cúpula de mig punt, encara que fos de menor grandària i no tingués cimbori, hagués tingut grans problemes per suportar el pes del llanternó de la imatge sense l'ajuda de reforços. De tota manera, és possible que Andrea di Bonaiuto hagués donat al dibuix una forma més arrodonida que la que Arnolfo di Cambio va idear. El fet més rellevant es que Arnolfo di Cambio proposava una cúpula que evitava la construcció dels característics contraforts de l'arquitectura gòtica imperant en aquella època, i adoptava un model nou.
Excavacions fetes en la dècada de 1970 van descobrir l'emplaçament del model, i posaren a la llum els fonaments a escala d'una cúpula amb una envergadura de 36,27 metres. Aquest era un diàmetre superior al de la cúpula de l'església de Santa Sofia a Constantinoble.
El concurs de 1396 El projecte original fou ampliat pel següent capomaestro, Francesco Talenti, fent-lo de majors dimensions. Les obres per la construcció de la catedral continuaren de forma interrompuda. L'any 1330 l'administració de l'Opera del Duomo, organització responsable del finançament i edificació de l'obra, fou assumida pel gremi més ric, el del Art de la Llana. El 1336 el progrés de les obres ja feia necessari disposar d'un model concret de cúpula, de forma que l'Opera del Duomo encarregà al capomaestro del moment, Giovanni di Lapo Ghini, una proposta per a la cúpula. Però també sol·licità un model a un grup d'artistes i mestres d'obra encapçalats per Neri di Fioravante.
La proposta de Giovanni di Lapo Ghini era d'estil gòtic tradicional. Va preveure una estructura amb murs prims i alts finestrals, i contraforts en forma d'arcbotants per suportar la cúpula. Per contra, la proposta de Neri di Fioravante eliminava els contraforts, que substituïa per la incorporació d'una sèrie d'anells de pedra o fusta instal·lats al voltant de la cúpula, que l'envolten de la mateixa manera que els cèrcols de ferro envolten les dogues d'una bota. Presentava dues particularitats. La primera era que incorporava dues cúpules, una disposada dintre de l'altra. La segona era la forma de la cúpula exterior, que era la d'un arc apuntat, en lloc de la més previsible forma d'esfera com en el Panteó de Roma. La proposta definia clarament la forma i dimensions de la cúpula, però no resolia els reptes tècnics de la construcció.
El 1397 els confrares de l'Opera escolliren la proposta de Neri di Fioravante, però amb la condició que les columnes que suportaven la cúpula fossin engrandides per poder assumir les forces de la cúpula. El model passà a ser objecte de quasi veneració; cada cap d'any els confrares de l'Opera i el capomaestro juraven, posant les seves mans sobre una còpia de la Bíblia, que només construirien una església com la que mostrava el model.
Filippo Brunnelleschi miniatura|upright=1.3 L'any 1402 Filippo Brunelleschi havia perdut el concurs escultòric pel segon conjunt de portes de bronze del baptisteri de Sant Joan enfront Lorenzo Ghiberti. Defraudat, va anar a Roma per estudiar arquitectura, acompanyat d'un adolescent Donatello que hi anà per estudiar escultura. Va restar a la ciutat uns quinze anys, tornat a Florència de tant en tant. A Roma es guanyava la vida com a orfebre i rellotger mentre estudiava els edificis de la ciutat.
Com que sabia que es preveia la construcció d'una cúpula a Santa Maria del Fiore, va parar especial atenció a les mides, proporcions i mètodes de construcció de la cúpula del Panteó, que amb un diàmetre de 43 metres i l'òcul zenital de 8 metres s'agermanava amb el projecte de Florència, i la del palau de Domus Aurea, que per la base vuitaviada era estructuralment semblant a la prevista a Santa Maria del Fiore. Les esquerdes de la semicúpula de les Termes de Trajà l'alertaren dels riscos associats a aquest tipus de construcció.
Tornà definitivament a Florència cap a 1416 o 1417. Giovani de Mèdici i del seu fill Cosimo li van fer l'encàrrec del disseny de l'Spedale degli Innocenti, així com de la restauració i engrandiment de l'església de San Lorenzo, que es convertiria en l'església familiar dels Mèdici. Després de la seva estada a Roma, Brunelleschi havia assolit la credibilitat suficient perquè la família mes poderosa de Florència li encomanés projectes rellevants d'arquitectura. Però a vegades l'estètica proposada per Brunelleschi, esplèndida i ornada, no encaixava amb l'estil més auster de Cosimo, fet que provocà que Brunelleschi perdés el projecte del disseny de la nova residència dels Mèdici.