Az első templomot az 5. században emelték azon a helyen, ahol Szent Geminianus, Modena védőszentje volt eltemetve. A 11. század közepe táján azonban újabb munkálatok kezdődtek, hogy a meglévő templomot egy nagyobb és szebb templommal váltsák fel, de ugyanezen század végére az emberek úgy döntöttek, hogy még egyet építenek, mivel a második épület nem volt túl stabil. A harmadik építkezés munkálatai 1099 májusában kezdődtek, és Lanfranco építész végezte őket a Comacini mesterek, képzett kőművesek és kőfaragók, valamint Wiligelmo szobrász segítségével, aki valószínűleg a homlokzaton is dolgozott. Ehhez az építészeti munkához a régi római épületekből származó különféle anyagokat használtak fel.1106-ban Szent Geminianus testét a bazilika új kriptájába szállították, a szentélyépületet csak lefedték, és még nem fejezték be. Később campioni mesterek is kölcsönözték munkájukat a megvalósításhoz, köztük Anselmo da Campione, aki a harangtornyot építette és a székesegyházat befejezte.Az egész épületet loggiák sora szeli át, amelyek a női karzat magasságában helyezkednek el, és vakárkádok részét képezik. A homlokzat lejtős, és két pilaszter osztja három szektorra, amelyek megfelelnek a hajónak. Három portál van, mindegyik lunetta nélkül; a két oldalsó portál kisebb, míg a középső nagyobb.A középen egy rózsaablak áll, amelyet a 13. században készítettek a campioni mesterek, fölötte pedig a négy evangélista, mindegyik a saját szimbólumával ábrázolva, középen a Megváltóval. Említést érdemelnek még az oldalajtók: a Porta Regia, amely rózsaszínű márványból készült, míg az egész székesegyház fehér, a Porta dei Principi és a Porta della Pescheria. A homlokzatot egy virágot a mellkasára szorító márvány angyal koronázza. 1938 óta a tornyokat is restaurálták. A székesegyház mellett áll a Ghirlandina, az alig több mint 86 méter magas harangtorony, Modena város jelképe, amelynek neve a két "füzérről", a márványkorlátról származik, amelyek jellemzik.A templom háromhajós, mindegyik apszissal végződik, és nincs kereszthajója. A presbitérium és a kórus a kripta fölé emelkedik.