Su primera gran obra fue teórica, al ser el primero que formula las leyes de la perspectiva cónica, un sistema de representación gráfico basado en la proyección de un volumen sobre un plano auxiliándose en rectas proyectantes. Fue un elemento clave de la pintura renacentista, pues es la representación que más se aproxima a la visión real, al ser muy similar a la imagen que percibimos de los objetos.
Cúpula de la Catedral de Florencia
Brunelleschi fue el iniciador de la arquitectura de estilo renacentista, caracterizado por ser un momento de ruptura con respecto al estilo precedente: la arquitectura gótica, buscando su inspiración en una interpretación del Arte clásico, que se consideraba el modelo más perfecto de las Bellas Artes.
La cúpula de Santa María de las Flores, es su obra más famosa, esta enorme cúpula no sólo destaca sobre el conjunto de la iglesia sino que es una referencia visual en toda la ciudad de Florencia.
Por la altura del edificio, la cúpula que cubriera dicho crucero no podía ser totalmente semiesférica por posibles problemas en el sistema de empujes y contrarrestos de fuerzas. La solución que llevó a cabo Brunelleschi fue una superposición de dos bóvedas esquifadas, octogonales, una dentro de otra, que estaban hechas de ladrillo, divididas en tramos a modo de gajos. Esta innovación permitía un reparto de esfuerzos, además de conseguir la sensación de ligereza.
La distancia entre ambas cúpulas se mantiene siempre constante. Por su casquete alargado recuerda al gótico. Está construida sobre un tambor poligonal de fábrica, que más adelante se recubriría con mármoles, en el cual se abrieron óculos circulares, que proporcionan iluminación cenital al interior del crucero. Es la primera vez que la estructura bien definida de una cúpula ofrece el mismo aspecto en el interior que en el exterior.
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