El proyecto de los Brunelleschi preveía inicialmente que la fachada del edificio mirara al Arno para permitir que la iglesia fuera vista desde ambas orillas del río.
Pero la construcción actual difiere en parte del proyecto original, ya que desde que Brunelleschi murió en 1446, los arquitectos Giovanni di Gaiole y Salvi d’Andrea, a quienes se había confiado la continuación de las obras, realizaron algunos cambios tanto en el exterior como en el interior del edificio.

La cúpula, terminada en 1480, tiene una cubierta de terracota escamada, cada una de las cuales fue numerada para facilitar la instalación. El campanario de época posterior (1503-1517) fue diseñado por Baccio D’Agnolo, mientras que la fachada, de contorno perfilado, permaneció con piedras vistas hasta el siglo XVIII y luego enlucida.

El elegante interior en perfecto estilo renacentista está dividido en tres naves sostenidas por 35 columnas de piedra serena con capiteles corintios.
El altar mayor (1599-1608) está rodeado por un recinto de mármol adornado con estatuas y cubierto por un dosel coronado por una cúpula finamente perforada.

Entre las obras más significativas, un panel del siglo XV que representa la Madonna del Soccorso, la Virgen entronizada con los santos (1490) de Filippino Lippi y la Capilla Corbinelli de Sansovino. Después de cruzar el vestíbulo con una rica bóveda de cañón, se accede a la sacristía octogonal, obra de Giuliano da Sangallo (1489-1494), una de las mayores obras del siglo XV florentino, inspirada en el estilo de Brunelleschi.