De una población estimada de 80.000 habitantes antes de la epidemia de Peste Negra de 1348, se dice que alrededor de 25.000 se dedicaban a la industria de la lana en la ciudad: en 1345 Florencia fue el escenario de un intento de huelga de los cardadores (ciompi), quienes en 1378 iniciaron una breve revuelta contra la oligarquía, la llamada la Revuelta de los Ciompi. Después de su supresión, Florencia estuvo bajo el dominio de la familia Albizzi (1382-1434), grandes rivales de los Médici. Cosimo de Medici fue el primer miembro de la Familia Medici en controlar la ciudad entre bastidores. Aunque la ciudad era técnicamente una especie de democracia, su poder venía de una larga red de patrocinio además de su nueva alianza con los inmigrantes, la gente nuova. El hecho de que los Medici eran banqueros del Papa también contribuyó a su ascenso. Cosimo fue sucedido por su hijo Piero, que fue sucedido poco después por el nieto de Cosimo, Lorenzo, en 1469. Lorenzo de Médici fue un gran patrón de la artes, encargando trabajos a Miguel Ángel, Leonardo Da Vinci y Botticelli. Lorenzo también fue un talentoso músico y trajo a Florencia a algunos de los compositores y cantantes más famosos del momento, como Alexander Agricola, Johannes Ghiselin, y Heinrich Isaac.
Tras la muerte de Lorenzo en 1492, le sucedió su hijo Piero II. Cuando el rey francés Carlos VIII invade el norte de Italia, Piero II elige resistir; pero cuando se da cuenta del tamaño de la armada francesa a las puertas de Pisa, tiene que aceptar las humillantes condiciones del rey francés. Esto hace que los florentinos se rebelen y expulsen a Piero II. Con su exilio en 1494, el primer periodo del gobierno Medici termina con la restauración de un gobierno republicano.
Durante este periodo el monje dominico Girolamo Savonarola se convierte en prior del monasterio de San Marco en 1490. Fue famoso por sus sermones: reconoció en el exilio de los Medicis el trabajo de Dios, que les castigaba así por su decadencia. Aprovechó la oportunidad para hacer reformas políticas que llevaran a un gobierno más democrático. Su obsesiva persecución de la extendida sodomía y otros placeres mundanos influenciaron y presagiaron la mayoría de las controversias religiosas de los siglos siguientes. Pero cuando Savonarola acusó públicamente al Papa Alejandro VI de corrupción, se le prohibió que hablara en público, pero desobedeció y fue excomulgado. Los florentinos, cansados de sus enseñanzas radicales, se volvieron contra él y lo arrestaron. Fue declarado hereje y quemado en la hoguera en la Piazza della Signoria el 23 de mayo de 1498.
Otra personalidad inusual fue Nicolás Maquiavelo, cuyos consejos para la regeneración de Florencia bajo un liderazgo fuerte han sido con frecuencia vistos como la legitimación de la conveniencia política e incluso del abuso de autoridad. Maquiavelo, bajo encargo de los Medici, escribió las Historias Florentinas, la historia de la ciudad. Florencia destierra a los Medici por segunda vez y reestablece la república el 16 de mayo de 1527.
De nuevo restaurados con el apoyo del Emperador y del Papa, los Medici se convierten en 1537 duques hereditarios de Florencia, y en 1569 Grandes Duques de Toscana, gobernando por dos siglos. En toda la Toscana, solo la República de Lucca (más tarde un ducado) y el Principado de Piombino eran independientes de Florencia.
Florencia y el Renacimiento
La oleada de investigación artística, literaria y científica que tuvo lugar en Florencia en los siglos XIV al XVI fue propiciado por la preocupación por el dinero, la banca y el comercio y con el despliegue de riqueza y ocio. Con el dinero ganado, los Medici, banqueros muy ricos, patrocinaron a diferentes artistas como Miguel Ángel.
Además, la crisis de la Iglesia Católica (especialmente la controversia sobre el papado francés de Aviñón y el Gran Cisma), unida a los efectos catastróficos de la Peste Negra, llevaron a una reevaluación de los valores medievales, dando como resultado el desarrollo de una cultura humanista, estimulada por los trabajos de Petrarca y Boccaccio. Estos hechos propiciaron una revisión y estudio de la antigüedad clásica, de la que surgió el Renacimiento. Florencia se benefició material y culturalmente de sus intercambios marítimos en conciencia social.