Prva crkva podignuta je u 5. veku na mestu gde je sahranjen San Geminiano, svetac zaštitnik Modene. Međutim, oko sredine 11. vijeka počeli su novi radovi na zamjeni postojeće crkve većom i ljepšom, ali već krajem istog stoljeća narod je odlučio da sagradi još jednu, jer je druga zgrada bila nije baš stabilan. Radovi na trećoj gradnji započeli su u svibnju 1099. godine, a izvodio ih je arhitekta Lanfranco uz pomoć majstora Comacinia, vještih zidara i kamenorezaca, te kipara Wiligelma, koji se vjerovatno pobrinuo i za fasadu. Za ovo arhitektonsko djelo korišten je čitav niz materijala iz starih rimskih građevina.Godine 1106. tijelo San Geminiana premješteno je u novu kriptu bazilike, a sakralna građevina je samo pokrivena i još nije dovršena. Naknadno su svoje radove za realizaciju ovog posla posudili i majstori Campionesi, a jedan od svih je bio Anselmo da Campione, koji je sagradio zvonik i dovršio katedralu.Cijelu zgradu preseca niz lođa, koje se nalaze u visini ženskih galerija, a dio su slijepih lukova. Fasada je nagnuta i podijeljena je sa dva pilastra na tri sektora, koji odgovaraju naosima. Portala su tri, svi bez luneta, dva bočna su manja, a središnji veći.U sredini je prozor-ruža, koji su izradili majstori Campionesi u XIII veku, a iznad njega četiri evanđelista, svaki sa svojim simbolom, sa Otkupiteljem u sredini. Vrijedno je spomenuti i bočna vrata: Porta Regia, napravljena od ružičastog mramora, dok je cijela katedrala bijela, Porta dei Principi i Porta della Pescheria. Fasadu je nadvišen anđeo od mramora koji drži cvijet na grudima, a od 1938. godine su restaurirane i kvržice. Pored katedrale je Ghirlandina, zvonik visok nešto više od 86 metara, simbol grada Modene, čije ime potiče od dvije "ghirlande", mermerne ograde, koje ga karakteriziraju.Crkva je trobrodna, svaka se završava apsidom i bez transepta. Prezbiterij i kor su podignuti iznad kripte.