På folkemunne blir den bare kalt Il Duomo (domen), og navnet til domkirken i Firenze kommer fra det latinske «domus dei» – Guds hus. Domen er viet til jomfru Maria Santa Maria del Fiore (Santa Maria av den hellige blomst). Den nåværende bygningen ble påbegynt i 1296 og er den tredje domkirken som står på stedet. Det tok 140 år å bygge den, og den opprinnelige planen er kun endret én gang under oppføring. Det var da den østre halvdelen av kirken ble kraftig utvidet for å gi plass til den nå ikoniske kuppelen. Arbeidet med dette usedvanlige byggverket begynte i 1420 og ble fullført på bare 16 år. Den var høyere og videre enn noe som var bygget før, og den åttekantede kuppelen ble bygget uten støtte fra en midlertidig treramme. Den består av et dobbelt skall av sandstein, marmor og murstein, og foten på kuppelen ligger 52 meter over bakken og har en svimlende diameter på 44 meter.
Domkirkens yttervegger har en fasade av loddrette og vannrette bånd av farget marmor – hvit fra Carrara, grønn fra Prato og rød fra Siena. Selv om det var mange arkitekter som arbeidet på bygningen, har den beholdt en bemerkelsesverdig arkitektonisk og estetisk samhørighet. Innvendig er den sparsomt dekorert, men har en mengde kunst fra renessansen i tillegg til 44 glassmalerier. Det er faktisk den største flaten med glassmaleri som ble satt opp i Italia på 1500- og 1600-tallet.
Over hoveddøren er basilikaens enarmede, liturgiske klokke, som viser alle 24 timene. Den ble satt opp i 1443 og virker den dag i dag. Kirken var den største domkirken i Europa da den ble bygget, den har blitt et symbol på Firenze som umiddelbart blir gjenkjent over hele kloden. Så stor er domkirkens kulturelle betydning at den har vært på UNESCOs verdensarvliste siden 1982.
Kronet med verdens største murkuppelen er katedralen i Firenze et renessanse-mesterverk.