Fulcro della vita religiosa di Firenze (come Piazza della Signoria della vita politica) Piazza del Duomo è un insieme straordinario di marmi policromi costituito dal Duomo, il Campanile e il Battistero, simboli del passaggio dell'arte fiorentina tra Medioevo e Rinascimento, quando Firenze si afferma come potenza economica europea.

Il Duomo, o Cattedrale di Santa Maria del Fiore, è una delle chiese più grandi esistenti e il suo nome deriva dal fiore d'oro offerto alla città da Papa Eugenio IV durante l'atto della sua consacrazione. Fu costruito al posto della preesistente cattedrale romanica di Santa Reparata, ritenuta ormai insuffuciente a rappresentare l'importanza raggiunta dalla città e la sua costruzione durò oltre 150 anni, dall'affidamento del primo progetto allo scultore Arnolfo di Cambio nel 1296, attraverso le successive integrazioni di Giotto, Andrea Pisano e Francesco Talenti, fino alla consacrazione avvenuta nel 1436. La sua impostazione è in stile gotico, ma con una forte caratterizzazione del gusto fiorentino, amante dei volumi ampi, delle linee rette e delle decorazioni geometriche. La attuale facciata in stile neogotico fu realizzata alla fine del XIX secolo; la facciata originaria di Arnolfo di Cambio, mai definitivamente completata, fu invece demolita nel corso del Cinquecento.

La parte più originale ed importante dell'intero complesso è la gigantesca cupola in muratura, alta 91 metri e con una base di 50 metri di diametro, opera dell'architetto Filippo Brunelleschi, il padre del Rinascimento fiorentino con i suoi studi sulla prospettiva ottica applicata all'arte e che affascinò i suoi contemporanei con l'ardita idea di costruire questa cupola senza ricorrere alle tradizionali e costose impalcature in legno. L'interno del Duomo, a differenza del sontuoso esterno, è invece sobrio e lineare, quasi spoglio, in più puro stile gotico e contiene alcuni importanti monumenti funebri in pietra, tra cui una tomba dello scultore senese Tino di Camaino, e in affresco, ad opera di Andrea del Castagno e Paolo Uccello. L'interno della cupola mostra un affresco del Giudizio Universale iniziato dal Vasari e terminato da Federico Zuccari. Le vetrate della facciata furono eseguite sui disegni di Lorenzo Ghiberti.