佛羅倫斯大教堂的新建築已是百年來一直縈迴於市民心中的「世紀工程」。早在13世紀末，建築大師阿諾爾夫·迪坎比奧的設計基本奠定了大教堂新建築的形式：一座有主廳、側廳和橫廳而呈十字形地基圖案的建築，規模浩大，氣魄宏偉，可謂舉世無匹。
在14世紀30年代，喬託被任命為建築工程總監，可是喬託只為大教堂設計了一座非常美麗的鐘樓就去世了，大教堂建築本身仍只是一小段外牆。到14世紀中葉，佛羅倫斯文化界和大教堂工作組開始認真考慮如何建造一個空前宏偉的、比一般教堂結構所允許的尺寸大好幾倍的中央圓頂的問題。
原來，中世紀教堂架在主廳與橫廳相連的十字交叉部分的圓頂或八角頂，最大直徑也只能以主廳寬度為限。在這種結構上建造的中央圓頂，最寬大者也只能有20多米，可是現在佛羅倫斯人卻大膽地提出要蓋一個包括主廳和兩旁側廳在內的八角形圓頂，它的寬度就達44.5米。
這不僅是任何中世紀建築所未有過的，而且超過了古羅馬建築奇蹟的萬神廟。這個破天荒的奇想使佛羅倫斯朝野上下大為興奮，有些藝術家竟直接把它畫入壁畫的幻想背景之中，大教堂工作組也決定把它作為未來新建築的最重要的特色。
當時，人們看待大教堂新建築這個理想的大圓頂就像20世紀的人企盼太空梭登月成功一樣，認為這個最尖端的工程標誌著國家的科技文化水平和經濟政治實力。據說，布魯內萊斯基的父親，一位著名的企業家和律師，就曾參加了大教堂建造的有關討論和定案工作，可以說他們一家是典型的大圓頂迷。
然而，理想歸理想，現實卻是一直沒有人能夠拿出一個切實可行的施工方案，對大圓頂的實際結構誰也說不準，於是工程一拖又是50多年。到布魯內萊斯基接手，才算找到了實現這個奇蹟的大師。
布魯內萊斯基通過對古羅馬建築的實地考察，知道當時人們普遍嚮往的建造與羅馬萬神廟圓頂相似的佛羅倫斯大教堂圓頂已不可能。因為古羅馬圓頂採用的是水泥結構，而水泥這種工藝當時已經失傳。
而且萬神廟的圓頂是規整的半球形，不用鼓座，外觀很不顯眼，圓頂結構一大半都被圓形外牆遮住，這與當時要求基督教教堂圓頂高聳明亮、外觀宏偉完全不同，因此在形式上也無法仿效萬神廟。
他深知佛羅倫斯人心目中這個尖端中的尖端工程是國家威望所系，它應該像一座城中的人造之山，高大雄偉，能與城外的託斯卡納群山遙相呼應。古羅馬的範例只能在氣魄和風格上有所啟發，實際的建造技術還得從現有的中世紀傳統中推陳出新。
所以，布魯內萊斯基的高明就在於他不是盲目崇拜、簡單抄襲古典範例，而是藉助古典的理性和科學精神，通過數學、力學和建築學的運算試驗和實際考察，終於提出了既有科學根據又符合藝術要求的十分完美的設計。
我們從高空鳥瞰現今的佛羅倫斯大教堂，圖的左面是教堂的西大門，門面的大理石裝修是19世紀完成的，大門旁邊（圖左）就是喬託設計的那座非常美麗的鐘樓。
進入大門就是主廳，由此一直往東便可達到布魯內萊斯基的建造的大圓頂之下。
我們從空中可以看到，大圓頂不僅異常高大（總高112.8米），而且具有優美的曲線，白色的石砌拱肋成為有力的框條，它緊緊護衛著圓而略尖的拱壁，而頂閣小亭則像冠冕上的珍珠，倍增整個圓頂的美感。