L'abbazia di Nonantola fu fondata dal longobardo Anselmo, cognato del re Astolfo, nel VIII secolo. L'antico monastero benedettino è sormontato da un portale attribuito alle maestranze di Wiligelmo e alla sua scuola. Vicino al portale si trova una lapide che informa su un terremoto avvenuto nel 1117 che danneggiò l'abbazia e della sua ricostruzione iniziata nel 1121, ma l'iscrizione non specifica se si trattò di una ricostruzione totale o parziale.

Dal portale gotico si accede al cortile che circonda il fianco destro e la zona absidale della chiesa. Il fianco è percorso da un doppio loggiato quattrocentesco mentre la zona absidale conserva il carattere romanico con le arcature cieche suddivise in archetti. Nell'interno, l'abbazia custodisce ambienti d'epoca romanica come una sala al pianterreno sormontata da volte divisa al centro con una colonna, e il refettorio dove nel 1983 è stato scoperto un affresco del XII secolo.

Con l'arrivo a Nonantola delle spoglie di papa san Silvestro e di papa Adriano III, l'abbazia aumenta d'importanza sotto il profilo religioso richiamando numerosi pellegrini, tanto che intorno all'anno Mille l'abbazia accoglie oltre 1000 monaci. Inoltre l'abbazia rappresenta anche un vivissimo centro culturale poiché nel monastero era presente un'intensa attività di produzione e trascrizione di codici miniati.

Negli spazi dell'ex complesso abbaziale e dell'antico refettorio dal 1999 è stato adibito il Museo benedettino nonantolano e diocesano d'Arte sacra in cui sono custodite le testimonianze del monastero come pergamene di Carlo Magno, Ottone I, Federico Barbarossa, o l'Evangeliario, miniato e decorato con argento sbalzato, detto di Matilde di Canossa del XIII secolo. Il museo conserva le opere delle chiese del territorio per valorizzare i beni artistici locali. Nel museo sono conservati anche gli arredi sacri dell'abbazia: stauroteca della croce doppia in argento (opera bizantina risalente all'XI secolo), il reliquiario a cassetta, in argento, dei santi Senesio e Teopompo del XII secolo, una cassettina-reliquiario di sant'Anseride con decorato in avorio di probabile arte orientale o siciliana dell'XI-XII secolo, un reliquiario gotico, in argento, del braccio di san Silvestro di Giuliano da Bologna, il Liber gradualis rilegato in legno e avorio del XIII secolo, una croce astile del XV secolo e diversi paramenti liturgici del XVII e XVIII secolo. Invece nella sala superiore è custodita una tela di Ludovico Carracci, "S. Carlo tra gli appestati", del 1612.

Al primo piano si trova l'archivio in cui si conservano i documenti relativi alla vita dell'abbazia dal VIII al XIV secolo, come pergamene, bolle e codici. Il patrimonio dell'archivio abbaziale nel 2004 si è arricchito di un prezioso tessuto, in seta, attribuito a manifatture imperiali della corte di Costantinopoli, databile tra il VIII e IX secolo, reperto che è testimone dei rapporti degli abati con l'Impero d'Oriente.