Con il suo diametro di 45,5 metri e un’altezza totale di più di 116 metri, la Cupola è la più grande volta in muratura del mondo e fu costruita tra il 1420 e il 1436 da Filippo Brunelleschi, seguendo il progetto da lui presentato al concorso indetto dall’Opera nel 1418. Il 25 marzo del 1436 la Cattedrale fiorentina viene consacrata da Papa Eugenio IV.

L'innovazione mirabile del Brunelleschi fu quella di voltare la Cupola senza uso di armature di sostegno. La cupola infatti è costituita da due cupole distinte: una interna, spessa oltre due metri, con angolo maggiore dell’altra e costituita da grandi archi tenuti insieme da costole e realizzata in mattoni disposti a “spina di pesce”; e una esterna di copertura, rivestita in tegole di cotto e segnata da otto costoloni di marmo bianco.

L’oculo della cupola è sormontato dalla grande lanterna: una torre in marmo bianco alta 21 metri, che fu realizzata dopo la morte del Brunelleschi (1446) ma seguendo il suo progetto. Sulla sommità si trova la palla di rame dorato con croce apicale, opera d'Andrea del Verrocchio, che la mise in opera nel 1471.

Cento anni dopo – tra il 1572 ed il 1579 – la volta interna della cupola fu dipinta da Giorgio Vasari e Federico Zuccari con un grande Giudizio Universale, in parte ispirato ai mosaici del Battistero: il più grande dipinto murale del mondo.

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