Gereja pertama didirikan pada abad ke-5 di tempat di mana Santo Geminianus, santo pelindung Modena, dimakamkan. Sekitar pertengahan abad ke-11, bagaimanapun, pekerjaan baru mulai dilakukan untuk mengganti gereja yang ada dengan yang lebih besar dan lebih indah, tetapi pada akhir abad yang sama, orang-orang memutuskan untuk membangun yang lain, karena bangunan kedua tidak terlalu stabil. Pekerjaan konstruksi ketiga dimulai pada Mei 1099 dan dilakukan oleh arsitek Lanfranco dengan bantuan para ahli Comacini, tukang batu dan tukang batu yang terampil, serta pematung Wiligelmo, yang mungkin juga mengerjakan bagian depan. Berbagai bahan dari bangunan Romawi kuno digunakan untuk karya arsitektur ini.Pada tahun 1106, jenazah St Geminianus dipindahkan ke ruang bawah tanah basilika yang baru, dengan bangunan suci yang hanya ditutupi dan belum selesai dibangun. Kemudian, para ahli dari Campione juga meminjamkan tenaga mereka untuk merealisasikannya, salah satunya adalah Anselmo da Campione, yang membangun menara lonceng dan menyelesaikan katedral.Seluruh bangunan dilalui oleh serangkaian loggia, yang terletak di ketinggian galeri wanita, dan merupakan bagian dari arkade buta. Fasadnya miring dan dibagi oleh dua pilaster menjadi tiga sektor, sesuai dengan nave. Ada tiga portal, semuanya tanpa lunette; dua portal samping lebih kecil sementara yang di tengah lebih besar.Di tengah-tengahnya terdapat sebuah jendela mawar, yang dibuat oleh para ahli Campionese pada abad ke-13 dan di atasnya terdapat empat penginjil, masing-masing digambarkan dengan simbolnya sendiri, dengan Sang Penebus di tengahnya. Pintu sampingnya juga patut disebut: Porta Regia, terbuat dari marmer merah muda, sementara seluruh katedral berwarna putih, Porta dei Principi dan Porta della Pescheria. Fasadnya dihiasi oleh malaikat marmer yang menggenggam sekuntum bunga di dadanya dan sejak tahun 1938 menara-menaranya juga telah dipugar. Di sebelah katedral terdapat Ghirlandina, menara lonceng setinggi lebih dari 86 meter, simbol kota Modena, yang namanya diambil dari dua 'karangan bunga', pagar marmer yang menjadi ciri khasnya.Gereja ini memiliki tiga nave, masing-masing diakhiri dengan apse, dan tidak memiliki transept. Presbiterium dan paduan suara berada di atas ruang bawah tanah.
