Progettata da Brunelleschi nel 1420-1429 è un'armoniosa costruzione rinascimentale, basata sulle figure geometriche regolari del quadrato e del cerchio.

La cupola maggiore è spartita in dodici spicchi, simboleggianti gli Apostoli, mentre la piccola tribuna, sormontata da una cupoletta che esprime la volta del Cielo con i segni zodiacali, è distinta da tre nicchie allusive all'Unità e alla Trinità di Dio.
La decorazione policroma, con storie di S. Giovanni Evangelista e i Quattro Evangelisti, è opera di Donatello, che gettò in bronzo pure le due porte, nominate dalle figure che vi sono rappresentate: dei Martiri, a destra, e degli Apostoli, a sinistra.