La cúpula de Santa Maria del Fiore és la coberta del creuer de la basílica de Santa Maria del Fiore de Florència. En el moment de la seva construcció era la cúpula més gran del mon, i encara ara continua sent la cúpula de maçoneria més gran mai construïda El diàmetre màxim de la cúpula interna és de 45,5 metres, mentre que el de l'exterior és de 54,8. Va ser projectada i dirigida per Filippo Brunelleschi, qui va iniciar amb aquesta obra el Renaixement italià i florentí en arquitectura. Gràcies a la importància fonamental que va tenir per al desenvolupament posterior de l'arquitectura i la concepció moderna de l'edifici, encara és considerat per alguns com l'obra arquitectònica més important mai construïda a Europa des de l'antiga Roma.

Les seves dimensions van impedir utilitzar el mètode de construcció tradicional amb l'ajut de cintres, provocant que al llarg del temps es formulessin moltes hipòtesis sobre la tècnica de construcció utilitzada. Brunelleschi no va deixar registre de cap dibuix, maqueta o esbós que indiqués el procediment utilitzat en l'edificació de la cúpula.

Les obres de construcció de la cúpula van tenir una durada de 16 anys, des de 1420 fins al 1436. L'any 1446 es va iniciar la construcció del llanternó, el qual va ser acabat l'abril de 1461. El revestiment exterior del cimbori es va executar entre 1512 i 1515, i la decoració pictòrica de l'interior de la cúpula es va iniciar més d'un segle després de la finalització del llanternó, començant el 1572 i finalitzant el 1579. Per a la seva construcció es van utilitzar uns quatre milions de maons, i el pes total de la cúpula és més de 25.000 tones.

Al voltant de la seva concepció i construcció es va aplegar bona part de la societat florentina i italiana del moment: Arquitectes com Filippo Brunelleschi, Miquel Àngel i el seu mestre Andrea del Verrocchio, l'escultor Donatello, artistes polifacètics com Lorenzo Ghiberti, pintors com Vasari i Federico Zuccaro, o científics com Paolo dal Pozzo Toscanelli. També hi participaren els senyors de Florència, començant per Cosme de Mèdici o el gran duc Cosme I de Mèdici. Com a edifici religiós de primer ordre, el Papa Eugeni IV va oficiar la consagració de la cúpula.

Com a tota gran obra humana, van haver-hi enfrontaments entre persones; Brunelleschi tenia un caràcter difícil, i les circumstàncies el portaren a forts enfrontaments amb els artistes Lorenzo Ghiberti i amb Antonio de Ciaccheri Manetti. També moments de crisi, com el naufragi del vehicle amfibi, conegut com Il Badalone, dissenyat per Brunelleschi i destinat a transportar marbre des de Pisa fins a Florència per a la construcció de la cúpula.

Els cònsols del gremi de l'Art de la Llana van ser capaços d'assegurar el finançament continuat de l'obra, així com la de crear un sistema de govern a l'Opera del Duomo capaç d'escollir el disseny més audaç assegurant-ne la seguretat. L'organització de concursos públics per poder escollir en cada fita important les millors idees, permeté mantenir un alt nivell de rigor tècnic i una estètica que ha estat admirada per la humanitat durant segles.

És una de les construccions mes característiques de Florència i forma part de la silueta de la ciutat. L'any 1982, el centre històric de Florència, del qual la catedral de Santa Maria del Fiore i la seva cúpula en són part essencial, van ser declarats Patrimoni de la Humanitat per la Unesco.

En el museu de l'Opera del Duomo de Florència es mostren diverses maquetes utilitzades per a la construcció de la basílica, així com grues i eines dissenyades per Brunelleschi.