Prva crkva sagrađena je u 5. stoljeću na mjestu gdje je pokopan San Geminiano, svetac zaštitnik Modene. No sredinom 11. stoljeća počeli su novi radovi na zamjeni postojeće crkve većom i ljepšom, no već krajem istog stoljeća ljudi su odlučili sagraditi još jednu, budući da je druga zgrada bila nije baš stabilan. Radovi na trećoj gradnji započeli su u svibnju 1099. godine, a izveo ih je arhitekt Lanfranco uz pomoć majstora Comacini, vještih zidara i klesara, te kipara Wiligelma, koji se vjerojatno pobrinuo i za fasadu. Za ovo arhitektonsko djelo korišten je cijeli niz materijala iz starih rimskih građevina.Godine 1106. tijelo Svetog Geminijana premješteno je u novu kriptu bazilike, sa svetom građevinom koja je samo pokrivena i još nije dovršena. Naknadno su za realizaciju ovog djela svojim radom sudjelovali i majstori Campionesi, među kojima je Anselmo da Campione, koji je sagradio zvonik i dovršio katedralu.Cijelu zgradu presjeca niz lođa, koje se nalaze u visini ženskih galerija, a dio su slijepih lukova. Pročelje je zakošeno i podijeljeno je s dva pilastra na tri sektora, koji odgovaraju brodovima. Tri su portala, svi bez luneta, dva bočna su manja, a središnji veći.Središte je rozeta, koju su izradili majstori Campionesi u XIII. stoljeću, a iznad nje četiri evanđelista, svaki sa svojim simbolom, s Otkupiteljem u sredini. Vrijedi spomenuti i bočna vrata: Porta regia, od ružičastog mramora, dok je cijela katedrala bijela, Porta dei Principi i Porta della Pescheria. Pročelje je nadvišeno anđelom od mramora koji drži cvijet na prsima, a od 1938. godine restaurirane su i kvržice. Uz katedralu je Ghirlandina, zvonik visok nešto više od 86 metara, simbol grada Modene, čije ime potječe od dvije "ghirlande", mramorne ograde, koje ga karakteriziraju.Crkva ima tri lađe, svaka završava apsidom, a nema transepta. Prezbiterij i kor uzdignuti su iznad kripte.
