Questa galleria evoca il processo concettuale e simbolico, ma anche d’ingegneria edilizia e meccanica, mediante il quale tra il 1418 e il 1436 il genio architetto Filippo Brunelleschi ha realizzato l’ultima componente strutturale del tempio, la cosiddetta ‘tribuna maggiore’. In questa sala si conserva la maschera funebre di Filippo Brunelleschi, i modelli lignei quattrocenteschi di Cupola e Lanterna e una selezione di attrezzi d’epoca. La galleria ospita anche grandi modelli moderni e un’area-teatro in cui si proietta un breve filmato esplicativo. Sono esposti anche modelli del tardo Quattrocento e d’inizio Cinquecento relativi al rivestimento del tamburo, lasciato incompiuto alla morte del Brunelleschi nel 1446.
Altri modelli e proiezioni didattiche evocano progetti derivanti dall’ultimazione della cupola: il coro realizzato sotto di essa su disegno del Brunelleschi nel 1436; le vetrate disegnate a partire dal 1436 da Ghiberti, Donatello, Paolo Uccello e Andrea del Castagno; il cornicione monumentale montato in via sperimentale sul lato sud-est del tamburo per opera di Baccio d’Agnolo nel 1515.