A primeira igrexa construíuse no século V no lugar onde estaba enterrado San Geminiano, patrón de Módena. Porén, cara a mediados do século XI comezaron as novas obras para substituír a igrexa existente por outra máis grande e fermosa, pero xa a finais do mesmo século, o pobo decidiu construír outra máis, xa que o segundo edificio foi non moi estable. As obras da terceira construción comezaron en maio de 1099 e foron realizadas polo arquitecto Lanfranco coa axuda dos mestres Comacini, hábiles canteiros e canteiros, e polo escultor Wiligelmo, que probablemente tamén se encargou da fachada. Para esta obra arquitectónica empregáronse toda unha serie de materiais de antigas edificacións romanas.En 1106 o corpo de San Geminiano foi trasladado á nova cripta da basílica, co edificio sagrado só cuberto e aínda non rematado. Posteriormente, os mestres campioneses tamén prestaron o seu traballo para a realización desta obra, un de todos foi Anselmo da Campione, quen construíu o campanario e rematou a catedral.Todo o edificio está atravesado por unha serie de galerías, que se sitúan á altura das galerías das mulleres, e forman parte de arcos cegos. A fachada é inclinada e está dividida por dúas pilastras en tres sectores, correspondentes ás naves. Hai tres portais, todos sen lunetas, os dous laterais son máis pequenos mentres que o central é máis grande.O centro é un rosetón, feito polos mestres Campionesi no século XIII e sobre el os catro evanxelistas, cada un representado co seu propio símbolo, co Redentor no centro. Tamén cabe destacar as portas laterais: a Porta regia, de mármore rosa, mentres que toda a catedral é branca, a Porta dei Principi e a Porta della Pescheria. A fachada está rematada por un anxo de mármore que sostén unha flor no peito e dende 1938 tamén se restauran as cúspides. A carón da catedral está a Ghirlandina, o campanario de pouco máis de 86 metros de altura, símbolo da cidade de Módena, cuxo nome deriva das dúas "ghirlande", varandas de mármore, que a caracterizan.A igrexa ten tres naves, cada unha rematada en ábsida, e sen cruceiro. O presbiterio e o coro están elevados sobre a cripta.
