Tra il XIII e il XIV secolo l'attività edilizia dei comuni è orientata soprattutto alla costruzioni di grandi cattedrali e palazzi. Nasce nelle città il concetto di centro urbano come luogo compreso tra la cattedrale e il palazzo pubblico, dove si concentra il massimo numero di abitanti.

Il duomo presenta uno schema basilicale, introdotto dopo la liberalizzazione del culto cristiano, nel 300 a.C. Era necessario costruire degli edifici in cui si potessero svolgere i riti religiosi cristiani e per far ciò si adottarono due schemi tipologici principali che derivavano da architetture del passato.

Il primo schema è quello basilicale, derivato da analoghi modelli tardo-imperiali o, secondo alcuni, a un tipo di abitazione, da cui conserverà l'atrio, è l'organismo che meglio assolve l'esigenza dell'ecclesia, ossia l'assemblea rituale dei fedeli.

La basilica si formò quindi come un organismo edilizio a impianto rettangolare, diviso in un numero dispari di navate, mediante sostegni allineati (pilasti o colonne), che sorreggono un architrave comune o una successione di archi. La navata centrale, illuminata direttamente dall'esterno attraverso ampie finestre e con un tetto leggero in capriate lignee, terminava nell'arco trionfale, aperto verso l'abside semicircolare rivolto a oriente. La maggioranza delle chiese del periodo medioevale e successivo presentano questo tipo di impianto, questo lo si può notare nella città di Firenze.

Il secondo schema architettonico, invece ha una pianta centrale, ottagonale o rotonda. Inizialmente viene utilizzato per i sepolcri monumentali dei santi e successivamente per i battisteri isolati.

Battistero di San Giovanni

Costruito nella prima metà dell' XI secolo, forse ristrutturando un edificio del V secolo, consacrato nel 1059, rimaneggiato poi nel XIII secolo con l'aggiunta dell'attico, di una tribuna rettangolare al posto dell'abside semicircolare. Fu inizialmente cattedrale di Firenze.

L'edificio presenta lo schema architettonica a pianta centrale, nel caso specifico ottagonale, dove ogni lato è diviso dalle strutture, orizzontali e verticali, in nove settori regolari. Questi elementi riportano alla tradizione paleocristiana. All'esterno sono presenti semipilastri, semicolonne, paraste, sovrapposti l'uno all'altra e sormontati da capitelli; all'interno invece sono presenti colonne e paraste scanalate e rudentate.

La decorazione è molto importante e particolare del romanico fiorentino. Se di solito la decorazione viene considerata come un qualcosa di superfluo, in questo caso, invece contribuisce a rendere più chiara la forma. Viene disposto il serpentino verde di Prato in strisce più o meno sottili, sul marmo bianco di Carrara. Si determinano così disegni geometrici ben studiati in rapporto all'intera architettura dell'edificio.

Grande importanza ha la porta del Paradiso, chiamata così da Michelangelo, orientata a est, verso l’ingresso del Duomo.

Oggi sono visibili delle copie dei pannelli che la formano, quelli originali sono conservati nel Museo dell’Opera del Duomo da dopo l’alluvione della città. La gestazione dell’opera fu molto lunga, 27 anni, iniziata da Andrea Pisano.

Per la porta nord invece, venne bandito dall’Arte dei Mercanti un concorso nel 1401 a cui parteciparono i migliori artefici del tempo, tra cui Ghiberti e Brunelleschi. Il tema consisteva nella realizzazione di una formella raffigurante il Sacrificio di Isacco. Vengono date delle precise indicazioni sulla forma e sul tempo di esecuzione. Le uniche formelle giunte fino a noi osno quelle di Brunelleschi e Ghiberti, che fu il vincitore del concorso.  La sua composizione risulta bilanciata nella disposizione dei personaggi, secondo una compostezza quasi di tradizione classica. Le figure di Abramo e Isacco sono state realizzate in modo molto accurato e i loro gesti sono armoniosi e pacati, non traspare drammaticità. Il nudo di Isacco è anch’esso di derivazione classica.

Nella formella di Brunelleschi, invece la scena è si anima e trasmette la drammaticità della situazione: un padre che sta per sacrificare il figlio davanti a Dio. Isacco si trova al centro della composizione e cerca di svincolarsi dalla presa del padre, nei cui gesti si legge la disperazione. L’angelo viene rappresentato nell’atto fisico di bloccare il braccio di Abramo.

La cattedrale di Santa Maria del Fiore

Nel 1296 a Firenze era un momento di particolare fervore edilizio e accanto agli altri edifici in costruzione, venne iniziata la nuova cattedrale che doveva sostituire l'antico duomo dedicato a S. Reparata. Il progetto venne affidato all'architetto Arnolfo di Cambio che disegnò un edificio con schema basilicale a tre navate di tre campate, concluso da un'ampia crociera ottagonale, su cui si affacciano tre esedre pentagonali.

Il progetto originale di Arnolfo, nel tempo, subì delle variazioni a causa delle diverse personalità che lavorarono nel cantiere fino al XIV secolo, impegnando fra gli altri Giotto, Andrea Pisano, Francesco Talenti e Filippo Brunelleschi.

Arnolfo di Cambio muore nel 1302 e lascia incompiuta la basilica. Viene sostituito da Francesco Talenti che conserva la divisione della cattedrale in tre navate , ma le allunga, trasformando  le campate in quadrati,  modificando così il progetto di Arnolfo che le aveva progettate rettangolari. Viene modificato di conseguenza anche l'abside, per rispettare le nuove proporzioni conferite all'edificio. Si articola così intorno a uno spazio ottagonale su cui era prevista una copertura con una cupola, che sarà progettata e costruita da Filippo Brunelleschi un secolo dopo il completamento della basilica. L' esterno della basilica è rivestito da una decorazione a tarsie marmorie, che però non ha corrispondenza con l'equilibrio e la spaziatura dell'architettura: è solo una fitta trama ornamentale monotona e ripetitiva.

Come già accennato sopra, lavorò nel cantiere del Duomo anche colui che viene considerato il più grande pittore del Trecento, Giotto. Si occupò della realizzazione di un grande crocifisso  (tempera su tavola, 578x406 cm) che riprende la tradizione romanico-gotica. Dipinge un Cristo in cui prevale la natura umana su quella divina, sul corpo sono visibili le tracce del dolore fisico e dell'agonia dell'uomo. Giotto non utilizza nessuna convenzione espressiva di tradizione bizantina e si concentra sulle reazioni che un uomo vero potrebbe avere in una situazione simile. Il capo del Cristo ricade pesantemente in avanti e le braccia sono al limite della lacerazione.

Alla costruzione del Duomo hanno contribuito quasi tutte le Arti di Firenze e soprattutto l'arte della Lana.

La cupola di Santa Maria del Fiore

Nel 1418 l'arte della Lana bandisce un concorso per la realizzazione della cupola di Santa Maria del Fiore. Filippo Brunelleschi, architetto fiorentino (1377-1446), partecipa al concorso. La cattedrale non aveva ancora una copertura sopra la zona del coro, lo spazio ottagonale su cui doveva essere realizzata misurava circa 54 metri: dimensioni sicuramente molto elevate per le strutture e i mezzi del''epoca.

Brunelleschi propose una costruzione autoportante, capace cioè di sostenersi da sola durante le fasi di costruzione. Inizialmente questa proposta fu vista come un azzardo e assurda allo stesso tempo, ma successivamente venne adottata come soluzione per risolvere il problema della copertura. Nel 1420 iniziarono così i lavori della “grande macchina”, definizione che darà Michelangelo successivamente della Cupola.

La cupola si erge su un tamburo ottagonale, forato da otto grandi finestre circolari. Salendo all'interno della cupola si può notare come questa sia formata da due calotte distinte una interna e l'altra esterna. L'idea della doppia pelle serviva per conservarla dall'umidità e per farla apparire “più magnifica e gonfiata”. La salita alla lanterna, che sormonta l'edificio, avviene nell'intercapedine fra le due cupole.

Per la costruzione della cupola non sono state usate strutture lignee di nessun tipo, in quanto è autoportante. Furono adoperate solo delle centine mobili in corrispondenza degli angoli dell'edificio per guidarne il tracciato a quinto acuto.

La muratura è stata realizzata a spina-pesce, una tecnica che consiste nel disporre dei risorsi di mattoni a verticalmente, di seguito ad altri collocati di piatto.

Il campanile di Giotto

Sul lato destro della facciata della cattedrale si erge il Campanile, progettato da Giotto e realizzato negli ultimi tre anni della sua vita, 1334-1337. Il suo lavoro si interruppe alla prima cornice, ma questa prima parte fu sufficiente per condizionare le successive fasi di realizzazione. Si succedettero architetti differenti per il completamento della costruzione, Andrea da Pontedera, detto Pisano e Francesco Talenti.

Pisano si occupò del piano successivo al primo, aggiungendo due lesene per ciascuna faccia, che se proseguite nei piani successivi avrebbero appesantito la torre e impedito l'apertura di finestre. L'architetto venne quindi esonerato e sostituito da Talenti, che tolte le lesene, trafora i piani superiori con bifore accoppiate.

Riesce a imprimere la sua personalità ad una costruzione già iniziata e e senza cambiarne drasticamente le proporzioni. Giotto aveva previsto di coronare l'edificio con un'alta guglia, ma Talenti abbandona questa idea e la sostituisce con un forte cornicione sporgente, sorretto da mensole.