Las obras de la catedral comenzaron en 1099, bajo la dirección del arquitecto Lanfranco, sobre el lugar donde se encontraba el sepulcro de San Geminiano, el santo patrono de Módena. Con anterioridad, desde el siglo V, se construyeron dos iglesias en el mismo sitio, pero ambas habían sido destruidas. Los restos del Santo aún se exhiben en la cripta de la catedral.
Los dos leones se sostienen las columnas de la entrada pertenecen a la época de la antigua Roma y probablemente hayan sido descubiertos durante la excavación para colocar los cimientos.
La fachada tiene unos relieves notables, obra de Wiligelmo, un contemporáneo de Lanfranco. Los relieves incluyen retratos de profetas y patriarcas, y de muchas de las historias bíblicas, que en su conjunto forman una obra maestra de la escultura románica. Los expertos han señalado la manera en que se representa la creación de Adán y Eva, el pecado original y la historia de Noé.
En el interior, la catedral se encuentra dividida en tres naves. Entre la nave central y la cripta se encuentra un parapeto de mármol diseñado por Anselmo da Campione que representa la Pasión de Cristo e incluye la Última Cena. El púlpito fue diseñado por Arrigo de Campione y está decorado con estatuillas de terracota. También es de interés es el crucifijo de madera del siglo XIV.
