Ang unang simbahan ay itinayo noong ika-5 siglo sa lugar kung saan inilibing si San Geminiano, ang patron ng Modena. Gayunpaman, sa kalagitnaan ng ika-11 siglo, nagsimulang palitan ng mga bagong gawa ang umiiral na simbahan ng mas malaki at mas maganda, ngunit sa pagtatapos ng parehong siglo, nagpasya ang mga tao na magtayo ng isa pa, dahil ang pangalawang gusali ay hindi masyadong stable. Ang mga gawa para sa ikatlong konstruksyon ay nagsimula noong Mayo 1099 at isinagawa ng arkitekto na si Lanfranco sa tulong ng mga Comacini masters, mga bihasang mason at stonecutter, at ng sculptor na si Wiligelmo, na malamang na nag-alaga din ng façade. Para sa gawaing arkitektura na ito, ginamit ang isang buong serye ng mga materyales mula sa mga lumang gusaling Romano.Noong 1106 ang katawan ni San Geminiano ay inilipat sa bagong crypt ng basilica, na ang sagradong gusali ay natatakpan lamang at hindi pa natatapos. Kasunod nito, ipinahiram din ng mga masters ng Campionesi ang kanilang trabaho para sa pagsasakatuparan ng gawaing ito, isa sa lahat ay si Anselmo da Campione, na nagtayo ng bell tower at natapos ang katedral.Ang buong gusali ay tinatawid ng isang serye ng mga loggia, na matatagpuan sa taas ng mga gallery ng kababaihan, at bahagi ng mga bulag na arko. Ang facade ay sloping at nahahati ng dalawang pilaster sa tatlong sektor, na naaayon sa mga naves. Mayroong tatlong mga portal, lahat ay walang lunettes, ang dalawang lateral ay mas maliit habang ang gitnang isa ay mas malaki.Ang gitna ay isang rosas na bintana, na ginawa ng mga panginoon ng Campionesi noong XIII na siglo at sa itaas nito ang apat na ebanghelista, bawat isa ay inilalarawan na may sariling simbolo, kasama ang Manunubos sa gitna. Ang mga gilid na pinto ay nagkakahalaga din ng pagbanggit: ang Porta regia, na gawa sa pink na marmol, habang ang buong katedral ay puti, ang Porta dei Principi at ang Porta della Pescheria. Ang harapan ay dinaig ng isang anghel na gawa sa marmol na may hawak na bulaklak sa kanyang dibdib at mula noong 1938 ang mga cusps ay naibalik din. Sa tabi ng katedral ay ang Ghirlandina, ang bell tower na mahigit 86 metro lamang ang taas, simbolo ng lungsod ng Modena, na ang pangalan ay nagmula sa dalawang "ghirlande", marble railings, na nagpapakilala dito.Ang simbahan ay may tatlong naves, bawat isa ay nagtatapos sa isang apse, at walang transept. Ang presbytery at koro ay itinaas sa itaas ng crypt.