Η πρώτη εκκλησία ανεγέρθηκε τον 5ο αιώνα στη θέση όπου είχε ταφεί ο Άγιος Γεμινιανός, ο προστάτης άγιος της Μόντενα. Γύρω στα μέσα του 11ου αιώνα, ωστόσο, άρχισαν νέες εργασίες για την αντικατάσταση της υπάρχουσας εκκλησίας με μια μεγαλύτερη και ομορφότερη, αλλά στα τέλη του ίδιου αιώνα οι κάτοικοι αποφάσισαν να χτίσουν μια ακόμη εκκλησία, καθώς το δεύτερο κτίριο δεν ήταν πολύ σταθερό. Οι εργασίες για την τρίτη κατασκευή ξεκίνησαν τον Μάιο του 1099 και πραγματοποιήθηκαν από τον αρχιτέκτονα Lanfranco με τη βοήθεια των μαστόρων Comacini, εξειδικευμένων μαστόρων και λιθοξόων, και του γλύπτη Wiligelmo, ο οποίος πιθανώς εργάστηκε επίσης στην πρόσοψη. Για το αρχιτεκτονικό αυτό έργο χρησιμοποιήθηκαν διάφορα υλικά από παλιά ρωμαϊκά κτίρια.Το 1106, το σώμα του Αγίου Geminianus μεταφέρθηκε στη νέα κρύπτη της βασιλικής, με το ιερό κτίριο να καλύπτεται μόνο και να μην έχει ακόμη ολοκληρωθεί. Αργότερα, δάσκαλοι από το Campione προσέφεραν επίσης την εργασία τους για την υλοποίησή του, ένας από τους οποίους ήταν ο Anselmo da Campione, ο οποίος έχτισε το καμπαναριό και ολοκλήρωσε τον καθεδρικό ναό.Ολόκληρο το κτίριο διασχίζεται από μια σειρά από λότζια, τα οποία βρίσκονται στο ύψος των γυναικείων στοών και αποτελούν μέρος των τυφλών στοών. Η πρόσοψη είναι επικλινής και χωρίζεται από δύο παραστάδες σε τρεις τομείς, που αντιστοιχούν στα κλίτη. Υπάρχουν τρεις πύλες, όλες χωρίς μεντεσέδες- οι δύο πλευρικές πύλες είναι μικρότερες ενώ η κεντρική είναι μεγαλύτερη.Στο κέντρο βρίσκεται ένα παράθυρο με ρόδακα, κατασκευασμένο από τους καμπιονάτους δασκάλους τον 13ο αιώνα και πάνω από αυτό οι τέσσερις ευαγγελιστές, ο καθένας με το δικό του σύμβολο, με τον Λυτρωτή στο κέντρο. Αξίζει επίσης να αναφερθούν οι πλαϊνές πόρτες: η Porta Regia, κατασκευασμένη από ροζ μάρμαρο, ενώ ολόκληρος ο καθεδρικός ναός είναι λευκός, η Porta dei Principi και η Porta della Pescheria. Η πρόσοψη επιστέφεται από έναν μαρμάρινο άγγελο που κρατά στο στήθος του ένα λουλούδι, ενώ από το 1938 έχουν αναστηλωθεί και οι πύργοι. Δίπλα στον καθεδρικό ναό βρίσκεται η Ghirlandina, το καμπαναριό ύψους λίγο πάνω από 86 μέτρα, σύμβολο της πόλης της Μόντενα, το όνομα του οποίου προέρχεται από τις δύο "γιρλάντες", μαρμάρινα κιγκλιδώματα, που τον χαρακτηρίζουν.Η εκκλησία έχει τρία κλίτη, καθένα από τα οποία καταλήγει σε αψίδα, και δεν έχει εγκάρσιο κλίτος. Το πρεσβυτέριο και η χορωδία υψώνονται πάνω από την κρύπτη.
