La primera iglesia se erigió en el siglo V en el lugar donde había sido enterrado San Geminiano, patrón de Módena. Sin embargo, a mediados del siglo XI se iniciaron nuevas obras para sustituir la iglesia existente por otra más grande y hermosa, pero a finales del mismo siglo, el pueblo decidió construir otra más, ya que el segundo edificio no era muy estable. Las obras de la tercera construcción comenzaron en mayo de 1099 y fueron realizadas por el arquitecto Lanfranco con la ayuda de los maestros Comacini, hábiles albañiles y canteros, y del escultor Wiligelmo, que probablemente también trabajó en la fachada. Para esta obra arquitectónica se utilizaron diversos materiales procedentes de antiguos edificios romanos. En 1106, el cuerpo de San Geminiano fue trasladado a la nueva cripta de la basílica, con el edificio sagrado sólo cubierto y aún sin terminar. Más tarde, los maestros de Campione también prestaron su mano de obra para la construcción de la obra, uno de ellos fue Anselmo da Campione, que construyó el campanario y completó la catedral. Todo el edificio está atravesado por una serie de logias, situadas a la altura de las galerías femeninas, que forman parte de arcadas ciegas. La fachada es inclinada y está dividida por dos pilastras en tres sectores, correspondientes a las naves. Hay tres portales, todos sin lunetas; los dos laterales son más pequeños, mientras que el central es más grande. n el centro se encuentra un rosetón, realizado por los maestros campiñeses en el siglo XIII, y sobre él los cuatro evangelistas, cada uno representado con su propio símbolo, con el Redentor en el centro. También cabe destacar las puertas laterales: la Porta regia, de mármol rosa, mientras que toda la catedral es blanca, la Porta dei Principi y la Porta della Pescheria. La fachada está coronada por un ángel de mármol que lleva una flor en el pecho y desde 1938 también se han restaurado las agujas. Junto a la catedral se encuentra la Ghirlandina, el campanario de algo más de 86 metros de altura, símbolo de la ciudad de Módena, cuyo nombre deriva de las dos "guirnaldas", barandillas de mármol, que lo caracterizan. La iglesia tiene tres naves, cada una de las cuales termina en un ábside, y no tiene crucero. El presbiterio y el coro están elevados sobre la cripta.
