A diferencia de la Basílica de San Lorenzo, donde las ideas de Brunelleschi fueron frustadas, los diseños se mantuvieron fieles a su autor después de su muerte (1446) conservando la planta y la altura de las arquerías.

La iluminación contribuye a crear una sensación de unidad espacial, ya que es la luz de la nave central la que ilumina toda la iglesia. La luz en la nueva arquitectura religiosa del Quattrocento ya no será un factor que genere percepciones espaciales ajenas a la realidad terrena del hombre (como ocurría con las luces coloreadas de las vidrieras de las catedrales) sino todo lo contrario: la luz ahora permite al ojo del hombre medir el edificio, esa arquitectura hecha a su medida.

La planta de cruz latina se diseñó con la finalidad de maximizar la percepción de las columnas de las arquerías perimetrales. El contraste entre la nave central y el transepto su puso una dificultad en la Basílica de San Lorenzo pero aquí fue corregido. Las cuarenta capillas laterales, con forma de nicho del mismo tamaño, se sitúan a lo largo de todo el perímetro.

La fachada diseñada nunca se construyó y se mantuvo diáfana. Brunelleschi intentó hacer la fachada en frente del Arno, pero este esquema fue alterado; parecía excesivo expresar las formas de las capillas siguiendo el exterior ondulante. Al igual que su idea para poner cuatro puertas y no las tres tradicionales.

La torre del campanario fue diseñada por Baccio d'Agnolo en 1503.