Die Renaissance in der italienischen Malerei reichte vom frühen 15. Jahrhundert in Florenz bis zu ihrem Höhepunkt, der Hochrenaissance um 1490-1527 mit Leonardo, Michelangelo und Raffael. Ihre Maler verbanden genaue Naturbeobachtung mit klassischem Gleichmaß: ruhige, monumentale Gestalten in einheitlichem Licht und Raum; Venedig entwickelte mit Giorgione und Tizian eine eigene, auf die Farbe gegründete Spielart. Giorgio Vasari nannte die Entwicklung 1550 in seinen „Viten“ eine rinascita, eine Wiedergeburt. Er teilte sie in drei Zeitalter: Das erste führte Giotto an, das zweite Masaccio, das dritte eröffnete Leonardo, und Michelangelo brachte es zur Vollendung.
Masaccio gab in der Florentiner Brancacci-Kapelle biblischen Gestalten körperliche Schwere und ließ das Licht aus einer einzigen Richtung einfallen. In seinem Dreifaltigkeitsfresko in Santa Maria Novella (um 1427) scheint ein gemaltes Kassettengewölbe die Kirchenwand zu öffnen. Die Zentralperspektive hatte zuvor der Architekt Filippo Brunelleschi an gemalten Tafeln vorgeführt; Leon Battista Alberti fasste ihre Regeln 1435 in „De pictura“ für die Maler zusammen. Gemälde der Frührenaissance sind meist in Tempera auf Holz oder als Fresko ausgeführt. Sie zeigen scharfe Umrisse, helle, gleichmäßige Farben, viele Einzelheiten und sorgfältig konstruierte Architektur.
Im späteren 15. Jahrhundert lenkte Lorenzo de’ Medici (1449-1492) Aufträge an die führenden Künstler der Stadt. Sandro Botticelli, der für die Medici arbeitete, malte mythologische Bilder wie die „Primavera“ (um 1480) und „Die Geburt der Venus“ (um 1485), beide heute in den Uffizien. Seine schlanken Figuren bewegen sich in schwingenden, rhythmischen Linien vor flachen, dekorativen Gründen. In Mantua schuf Andrea Mantegna die Camera degli Sposi (1465-1474), in der Figuren aus einer gemalten Deckenöffnung herabblicken. In Venedig wandte sich Giovanni Bellini der Ölmalerei zu und tauchte seine Altarbilder in weiches, warmes Tageslicht.
Leonardo da Vinci (1452-1519), der Älteste der drei, sezierte Leichen, studierte Pflanzen und Licht und ließ Umrisse in rauchigen Schatten verschwimmen, das sogenannte Sfumato. Für Ludovico Sforza malte er etwa 1495-1498 „Das Abendmahl“ im Refektorium von Santa Maria delle Grazie in Mailand. Die Apostel reagieren dort in vier Dreiergruppen auf den ruhigen Christus in ihrer Mitte. Statt in echter Freskotechnik arbeitete Leonardo mit einer experimentellen Mischung auf trockenem Putz, und schon zu seinen Lebzeiten blätterte die Farbe ab. Zurück in Florenz begann er um 1503 die „Mona Lisa“, heute im Louvre; hinter der Sitzenden löst sich die Landschaft in blauen Dunst auf.
In den Jahren 1503 und 1504 beauftragte die Florentiner Republik Leonardo und den jüngeren Michelangelo (1475-1564) mit rivalisierenden Schlachtenbildern für den großen Ratssaal im Palazzo Vecchio. Keines der Wandbilder wurde vollendet, doch andere Künstler studierten und kopierten die Entwürfe. Papst Julius II. (1503-1513) holte Michelangelo nach Rom, wo er zwischen 1508 und 1512 die Decke der Sixtinischen Kapelle ausmalte. Er verstand sich als Bildhauer und klagte in einem spöttischen Sonett, er sei kein Maler. Seine Szenen aus der Genesis, darunter „Die Erschaffung Adams“, füllen das Gewölbe mit muskulösen Körpern in gedrehten Haltungen, plastisch wie aus Stein gemeißelt.
Unter Julius II. wurde Rom zum Zentrum der Künste. 1506 ließ der Papst den Neubau von St. Peter nach Plänen Donato Bramantes beginnen, und ab 1508 malte Raffael (1483-1520) die päpstlichen Gemächer im Vatikan aus. In der „Schule von Athen“ (1509-1511) versammeln sich antike Philosophen unter weiten klassischen Gewölben in einem streng symmetrischen Raum. Raffaels Madonnen, etwa die „Sixtinische Madonna“ (um 1512) in Dresden, ordnen die Figuren zu festen Dreiecken mit sanften, idealisierten Gesichtern. Spätere Kunstakademien nahmen seine Klarheit zum Vorbild.
Venedig ging mit Giorgione, der schon 1510 starb, einen anderen Weg. Er malte kleine, poetische Bilder für private Sammler, in denen Landschaft und Himmel ebenso viel zählen wie die Figuren. Was „Das Gewitter“ (um 1508, Gallerie dell’Accademia, Venedig) darstellt, ist bis heute umstritten. Tizian, der 1576 starb, baute die Formen unmittelbar aus der Farbe auf, in übereinandergelegten warmen Öllasuren. Ein Beispiel ist die „Assunta“ (1516-1518), die noch immer über dem Hochaltar der Frari-Kirche aufragt. Vasari berichtete, Michelangelo habe Tizians Kolorit gelobt, aber bedauert, dass man in Venedig nicht zuerst zeichnen lerne. Die Kunsttheorie fasste diesen Gegensatz als disegno gegen colore.
Leonardo starb 1519 in Frankreich als Gast des Königs Franz I., Raffael 1520 mit 37 Jahren in Rom. 1527 plünderten die Truppen Kaiser Karls V. Rom und zerstreuten seine Künstler. Schon in den 1520er Jahren führten Pontormo, Rosso Fiorentino und Parmigianino das klassische Gleichmaß in den Manierismus über, mit gelängten Figuren, gedrängtem Raum und kühlen, scharfen Farben. Die Fresken befinden sich noch an ihrem Ort, viele Tafeln und Leinwände aber verließen Italien. So besitzt die National Gallery in London Leonardos zweite „Felsgrottenmadonna“ und Tizians „Bacchus und Ariadne“ (1520-1523).