הכנסייה הראשונה נבנתה במאה ה-5 במקום בו נקבר סן ג'מיניאנו, הפטרון של מודנה. עם זאת, בסביבות אמצע המאה ה-11 החלו עבודות חדשות להחליף את הכנסייה הקיימת בכנסייה גדולה ויפה יותר, אך כבר בסוף אותה מאה החליטו האנשים לבנות עוד אחת, שכן המבנה השני היה לא מאוד יציב. העבודות לבנייה השלישית החלו במאי 1099 ובוצעו על ידי האדריכל לנפרנקו בסיועם של אדוני קומאצ'יני, בנאים מיומנים וחוטבי אבנים ועל ידי הפסל ויליגלמו, שכנראה גם טיפל בחזית. לעבודה אדריכלית זו נעשה שימוש בסדרה שלמה של חומרים ממבנים רומיים ישנים.בשנת 1106 הועברה גופתה של סן ג'מיניאנו לקריפטה החדשה של הבזיליקה, כאשר הבניין הקדוש רק מכוסה וטרם הושלם. לאחר מכן, גם המאסטרים הקמפיונזי שאלו את עבודתם למימוש העבודה הזו, אחד מכולם היה Anselmo da Campione, שבנה את מגדל הפעמונים והשלים את הקתדרלה.את כל המבנה חוצה שורה של אכסדרה, הממוקמת בגובה גלריות הנשים, ומהוות חלק מקשתות עיוורות. החזית משופעת ומחולקת על ידי שני פילסטרים לשלושה מגזרים, המתאימים לספינות. ישנם שלושה פתחים, כולם ללא לונטות, שני הצדדיים קטנים יותר ואילו המרכזי גדול יותר.המרכז הוא חלון ורדים, שנעשה על ידי המאסטרים הקמפיונזי במאה ה-13 ומעליו ארבעת האוונגליסטים, כל אחד מתואר עם סמל משלו, ובמרכזו הגואל. ראויות להזכיר גם את הדלתות הצדדיות: ה-Porta regia, עשויה שיש ורוד, בעוד כל הקתדרלה לבנה, ה-Porta dei Principi וה-Porta della Pescheria. על החזית מתעלה מלאך עשוי שיש שמחזיק פרח לחזהו ומאז 1938 שוחזרו גם הקודקודים. ליד הקתדרלה נמצאת ה-Ghirlandina, מגדל הפעמונים בגובה של קצת יותר מ-86 מטרים, סמלה של העיר מודנה, ששמה נובע משני ה"גירלנדה", מעקות השיש, המאפיינים אותה.לכנסייה שלוש ספינות, שכל אחת מהן מסתיימת באפסיס, וללא טרנספט. בית הכנסת והמקהלה מוגבהים מעל הקריפטה.
