โบสถ์หลังแรกสร้างขึ้นในศตวรรษที่ 5 บนพื้นที่ฝังศพของซาน เจมิอาโน นักบุญผู้อุปถัมภ์เมืองโมเดนา อย่างไรก็ตาม ประมาณกลางศตวรรษที่ 11 งานใหม่เริ่มแทนที่โบสถ์เดิมด้วยโบสถ์ที่ใหญ่และสวยงามกว่า แต่แล้วในปลายศตวรรษเดียวกัน ผู้คนตัดสินใจที่จะสร้างอีกหลังหนึ่ง เนื่องจากอาคารหลังที่สองคือ ไม่ค่อยเสถียร งานก่อสร้างที่สามเริ่มขึ้นในเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 1099 และดำเนินการโดยสถาปนิก Lanfranco ด้วยความช่วยเหลือจากปรมาจารย์ Comacini ช่างก่อและช่างหินที่มีทักษะ และโดยประติมากร Wiligelmo ซึ่งน่าจะดูแลส่วนหน้าอาคารด้วย สำหรับงานสถาปัตยกรรมนี้ใช้วัสดุทั้งหมดจากอาคารโรมันเก่าในปี ค.ศ. 1106 ร่างของ San Geminiano ถูกย้ายไปที่ห้องใต้ดินแห่งใหม่ของมหาวิหาร โดยมีเพียงอาคารศักดิ์สิทธิ์เท่านั้นที่ปิดทับอยู่แต่ยังไม่เสร็จสมบูรณ์ ต่อจากนั้นปรมาจารย์ Campionesi ก็ได้ให้ยืมงานของพวกเขาเพื่อให้งานนี้เป็นจริง หนึ่งในนั้นคือ Anselmo da Campione ผู้สร้างหอระฆังและสร้างมหาวิหารให้เสร็จอาคารทั้งหมดถูกข้ามด้วยชุดของ loggias ซึ่งตั้งอยู่ที่ความสูงของห้องแสดงของผู้หญิงและเป็นส่วนหนึ่งของส่วนโค้งคนตาบอด ด้านหน้ามีความลาดเอียงและแบ่งออกเป็นสองเสาเป็นสามส่วนซึ่งสอดคล้องกับทางเดิน มีพอร์ทัลอยู่สามพอร์ทัล โดยพอร์ทัลทั้งหมดไม่มีลูเน็ตต์ พอร์ทัลด้านข้างทั้งสองมีขนาดเล็กกว่า ในขณะที่พอร์ทัลตรงกลางมีขนาดใหญ่กว่าตรงกลางเป็นหน้าต่างดอกกุหลาบ สร้างขึ้นโดยปรมาจารย์ Campionesi ในศตวรรษที่ 13 และเหนือหน้าต่างนั้นเป็นรูปผู้ประกาศข่าวประเสริฐทั้งสี่ แต่ละคนมีสัญลักษณ์ของตนเอง โดยมีพระผู้ไถ่อยู่ตรงกลาง ประตูด้านข้างก็เป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การกล่าวถึงเช่นกัน ประตู Porta regia ทำจากหินอ่อนสีชมพู ในขณะที่มหาวิหารทั้งหมดเป็นสีขาว ประตู Porta dei Principi และประตู Porta della Pescheria ด้านหน้ามีเทวดาที่ทำจากหินอ่อนซึ่งถือดอกไม้ไว้แนบอก และตั้งแต่ปี พ.ศ. 2481 เป็นต้นมา ยอดแหลมก็ได้รับการบูรณะเช่นกัน ถัดจากอาสนวิหารคือ Ghirlandina ซึ่งเป็นหอระฆังสูงเพียง 86 เมตร ซึ่งเป็นสัญลักษณ์ของเมืองโมเดนา ซึ่งชื่อนี้ได้มาจาก "เกอร์ลันเด" ราวบันไดหินอ่อน 2 อันซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของอาสนวิหารโบสถ์มีโบสถ์สามแห่ง แต่ละหลังลงท้ายด้วยมุข และไม่มีปีกนก แท่นบูชาและคณะนักร้องประสานเสียงถูกยกขึ้นเหนือห้องใต้ดิน
