Fyrsta kirkjan var reist á 5. öld á staðnum þar sem San Geminiano, verndardýrlingur Modena, var grafinn. En um miðja 11. öld fóru ný verk að leysa núverandi kirkju af hólmi fyrir stærri og fallegri, en þegar í lok sömu aldar ákvað fólk að byggja enn eina, þar sem önnur byggingin var ekki mjög stöðugt. Verkin við þriðju smíðina hófust í maí 1099 og voru unnin af arkitektinum Lanfranco með aðstoð Comacini-meistaranna, hæfra múrara og steinhöggvara, og myndhöggvarans Wiligelmo, sem líklega sá um framhliðina. Í þessa byggingarvinnu var notuð heil röð af efnum úr gömlum rómverskum byggingum.Árið 1106 var líkami San Geminiano fluttur í nýja grafhýsi basilíkunnar, þar sem helgibyggingin var aðeins þakin og ekki enn fullgerð. Í kjölfarið lánuðu Campiones meistarar einnig verk sín til að koma þessu verki í framkvæmd, einn af þeim var Anselmo da Campione, sem byggði klukkuturninn og fullkomnaði dómkirkjuna.Um alla bygginguna ganga röð loggia, sem eru staðsett á hæð kvennagalleríanna, og eru hluti af blindbogum. Framhliðin er hallandi og skiptist með tveimur pílastrum í þrjá geira, sem samsvara skipunum. Það eru þrjár gáttir, allar án lunettes, tvær hliðar eru minni á meðan sú miðlæga er stærri.Miðjan er rósagluggi, gerður af Campionesi meistaranum á XIII. Einnig má nefna hliðardyrnar: Porta regia, úr bleikum marmara, en öll dómkirkjan er hvít, Porta dei Principi og Porta della Pescheria. Á framhliðinni er engill úr marmara sem heldur blómi að brjósti sér og síðan 1938 hafa kúparnir einnig verið endurreistir. Við hlið dómkirkjunnar er Ghirlandina, rúmlega 86 metra hár bjölluturninn, tákn borgarinnar Modena, en nafn hennar er dregið af tveimur „ghirlande“, marmarahandriðum, sem einkenna hana.Í kirkjunni eru þrjú skip sem hver um sig endar með apsi og án þverskips. Prestssetrið og kórinn eru reist upp fyrir kirkjugarðinn.