Brunelleschi concibe el espacio en base a dos figuras simples, el cubo y la esfera. Experimenta la articulación de un espacio lineal con modulaciones transversales decrecientes y su contraposición con el módulo centralizado de la cúpula.
Es notorio el énfasis en las aristas, resaltadas por el uso de piedra serena, y la teatralidad de las pilastras destinadas a enfatizar el gradiente transversal, al que contribuye notoriamente la propia disposición de la luz.
En el interior de la nítida arquitectura brunelleschiana se despliegan los estucos policromados de Donatello realizados entre 1428 y 1443.La armoniosa fusión de espacio arquitectónico y decoración plástica hace de la Sacrestia Vecchia una de las creaciones más logradas y coherentes del primer renacimiento florentino.