Probabilmente fondata con il cantiere del Duomo nella prima parte del XII secolo, è stata completata dai maestri Campionesi, che si presume intervennero dalla terza cornice marcapiano sino alla cuspide, ultimata da Enrico da Campione nel 1319. È interamente rivestita di materiale lapideo, come lo stesso Duomo, con il reimpiego di rilievi romani tornati alla luce negli scavi per le fondamenta; e forse anche per questo un'antica leggenda la dice di fondazione romana. La sua parte a base quadrata esprime lo stile romanico, mentre quella superiore, con la guglia a pianta ottagonale e la cuspide, appartiene invece al gusto gotico. I piani sono scanditi da cornici ad archetti pensili, e negli spigoli presentano rilievi con figure fantastiche, derivate dai "bestiari" medievali, e da figure umane.

È possibile salire fino al quinto piano, nella "Sala dei Torresani", i custodi che un tempo presidiavano la torre, per ammirare alcuni splendidi capitelli scolpiti dai Campionesi, come quello dei Giudici, e l'altro con Re David.

Oltre che un ruolo religioso, come campanile della Cattedrale, la Ghirlandina ha sempre avuto un ruolo anche civile, come luogo di avvistamento e "cassaforte" della Comunità. Vi venivano infatti conservati gli atti pubblici più importanti e, fino agli anni 80 del Novecento, la celebre Secchia rapita, sottratta nel 1325 da un pozzo di Bologna dai Modenesi, durante le guerre tra liberi Comuni (ne è esposta una copia; l'originale nel vicino Palazzo Comunale).

Nel 1997 la Ghirlandina è stata riconosciuta dall'UNESCO Patrimonio Mondiale dell'Umanità, assieme al Duomo e all'adiacente Piazza Grande.