Het (aarts)bisdom werd in de derde eeuw als bisdom Modena gesticht. In de achtste eeuw wordt de Benedictijnerabdij van Nonantola, gesticht door Anselmus van Friuli, een jongere broer van de Lombardische koning Aistulf. Deze abdij krijgt, mede omdat er relieken worden bewaard van de heilige paus Silvester en - later - van de Modenese Paus Adrianus III, een enorm aanzien. De abdij kreeg een afzonderlijke territoriale status en werd pas in 1820 aan het bisdom Modena toegevoegd. De naam werd hierbij aangepast naar bisdom Modena (en Nonantola). Sinds 1855 is het bisdom - voorheen suffragaan aan Bologna - een metropolitaan aartsbisdom. De aartsbisschop van dit aartsbisdom is, vanwege de abdij, aartsbisschop-abt. Op 30 september 1986 werd de naam van het aartsbisdom aangepast naar Modena-Nonantola.