L'edificio a pianta ottagonale è situato in piazza San Giovanni di fronte al Duomo e al Campanile di Giotto.
Il battistero è uno dei più antichi edifici della città, eretto fra l'XI e il XIII secolo, con grande impiego di materiale marmoreo proveniente da rovine di monumenti romani, sembra che sia situato sull'area dove sorgeva un edificio romano del I secolo. Nel pavimento, infatti, alcune grate danno luce ad un sotterraneo dove sono conservati resti di una casa romana con pavimenti a mosaico con motivi geometrici.
La forma ottagonale, scandita dalla bicromia dei marmi bianchi e verdi e dai pilastri a fasce orizzontali, è coperta da una cupola ad otto spicchi poggiante sulle pareti perimetrali, mascherata all'esterno dall'elevazione delle pareti sopra l'arcata del secondo livello e da un tetto a piramide schiacciata.
Questa struttura così affascinante, ma estremamente complessa, ha creato non pochi problemi per la sua datazione.
Di particolare interesse sono l'interno della cupola ogivale rivestito di preziosi mosaici di ispirazione bizantina del XIII e XIV secolo e le tre porte di bronzo che si aprono su tre lati della costruzione, opera di Andrea Pisano e Lorenzo Ghiberti.
La "Porta Sud", la più antica, è di Andrea Pisano (1330-1336) ed è divisa in 28 pannelli finemente scolpiti con figurazioni in rilievo.
La "Porta Nord", anch'essa divisa in 28 pannelli, fu realizzata da Lorenzo Ghiberti ed alcuni collaboratori illustri, quali Donatello, Paolo Uccello e Masolino (1403-1424) ed ha i battenti ornati dalle storie della vita di Cristo.
La "Porta Est", detta "del Paradiso" perché così la definì Michelangelo, è l'opera più illustre di Ghiberti che la realizzò con la collaborazione di Michelozzo, Gozzoli ed altri (1424-1452) e vi sono raffigurate scene del Vecchio Testamento.
All'interno, piuttosto austero, vi si può ammirare il pavimento marmoreo intarsiato che riproduce i segni dello zodiaco, la pietra su cui Dante si raccoglieva in meditazione, il fonte battesimale e le numerose opere d'arte custodite, lavori di Donatello e di Michelozzo.
Da ricordare inoltre che la maggior parte degli arredi del Battistero, tra cui la Maddalena di Donatello, sono oggi conservati nel Museo dell'Opera del Duomo.