La Basilica di Santa Maria del Fiore fu costruita sul luogo della preesistente basilica romanica di Santa Reparata.
La decisione di costruirla, presa in un periodo in cui i floridi commerci cittadini favorivano l'incremento demografico e la realizzazione di grandi progetti, seguì il tentativo accantonato di ingrandire la chiesa di Santa Reparata.
Il progetto fu affidato nel 1294 ad Arnolfo di Cambio ed i lavori ebbero inizio l'8 settembre 1296 con la posa della prima pietra.
Arnolfo di Cambio seguì personalmente la costruzione del muro di facciata e di parte delle mura laterali.
Nel 1331 la traslazione delle reliquie di San Zenobi fu occasione per nuovi stanziamenti, L'Arte della Laba assunse la sovrintendenza ai lavori e nel 1334 ne nominò direttore Giotto il quale, prima di morire nel 1336, si dedicò alla progettazione del campanile.
A Giotto successe Andrea Pisano che proseguì il completamento del campanile lasciando in sospeso i lavori della chiasa che furono ripresi solo nel 1356 da Francesco Talenti successore di Andrea Pisano.
Nel 1367 una commissione di esperti approvò una revisione del progetto proposta dal Talenti il quale aveva intanto realizzato parte del corpo della basilica.
Il nuovo progetto, che prevedeva una maggiore altezza della struttura ed un ampliamento della cupola, fu portato avanti dal nuovo capomastro Lapo Ghini che arrivò quasi a completare le navate prima che la direzione dei lavori tornasse a Talenti che tenne l'incarico fino al 1370.
Le fasi successive della costruzione videro il completamento della volta nel 1378 e quello delle navate laterali nel 1380.
Nel 1418 fu indetto un concorso per il progetto della cupola e la soluzione proposta da Filippo Brunelleschi fu preferita a quella di Lorenzo Ghiberti.
La cupola, di concezione tecnica innovativa, fu completata nel 1436 ed il 25 marzo dello stesso anno la basilica venne consacrata da papa Eugenio IV.
La lanterna sovrastante la cupola fu completata dal Verrocchio nel 1468.