W 1081 papież Grzegorz VII ekskomunikował ówczesnego biskupa Eryberta, gdyż ten sympatyzował z antypapieżem Klemensem III i cesarzem Henrykiem IV. Gdy w 1100 do Modeny przybył mianowany przez Urbana II nowy biskup Dodon, zastał budowę katedry w toku.
Wzniesienie katedry powierzono lombardzkiemu architektowi Lanfranco, który rozpoczął budowę od absyd po północnej stronie (tu też znajduje się tablica pamiątkowa). Wkrótce dołączył do niego miejscowy rzeźbiarz Wiligelmo, który zajął się budową fasady od strony południowej, co upamiętnia druga tablica jemu poświęcona. Ten nietypowy sposób budowy potwierdza krótszy łuk (2,67 m zamiast 3,74 m) w miejscu spotkania. Wiligelmo wykonał również marmurowe reliefy ozdabiające fasadę i przedstawiające sceny ze Starego Testamentu.
Do budowy katedry wykorzystano materiał pozyskany z ruin budynków i nekropolii z epoki rzymskiej. Do dziś można dostrzec na płytach marmuru, którymi obłożona jest katedra i dzwonnica, rzeźby i napisy z okresu rzymskiego. Ponadto lwy podtrzymujące kolumny głównego wejścia i bocznego (Porta dei principi) są bez wątpienia antycznego pochodzenia. Jest to pierwszy przypadek wykorzystania tego typu rzeźb w średniowiecznej budowli.