La realizzazione della grande cupola costituì un nodo particolarmente problematico per il secolare cantiere del Duomo rinascimentale. Nel corso dei secoli XVII e XVIII erano stati eretti gli otto grandi piloni e successivamente, entro il 1766, fu completato il tamburo. Si decise, tuttavia, di procrastinare la costruzione della cupola vera e propria, chiudendo temporaneamente il tamburo con un solaio ligneo, che si era pensato di occultare sotto un dipinto illusionistico, poi non realizzato, il quale avrebbe dovuto recare una prospettiva dal sotto in su, come nella chiesa di Sant'Ignazio a Roma.

Attorno al 1880 il vecchio soffitto, che copriva l'ottagono centrale, sembrò accennare al crollo. Il vescovo, Agostino Riboldi, si mostrò contrario al suo restauro o rifacimento, caldeggiando invece la costruzione di una vera cupola in muratura.
I lavori, condotti tra il 1882 e il 1885, furono affidati all'architetto milanese Carlo Maciachini, il quale si discostò leggermente dal modello ligneo rinascimentale, modificando la curvatura della volta e realizzando una struttura con un sistema a doppie calotte dall'andamento parallelo. La nuova cupola, tuttavia, mostro segni di pericolosi cedimenti strutturali già all'indomani della sua inaugurazione.