Le bâtiment a 506 ans. C'est Bianca Savoia del Monferrato, veuve du duc Carlo I, qui a posé la première pierre, avec son fils Giovanni Carlo Amedeo, le 21 juillet 1491. Devant elle, il y avait les restes de trois églises (Saint Sauveur, Saint Jean et Sainte Marie de Dompno) qui furent abattus l'année suivante. La Cathédrale est le seul exemple de style de l'art de la Renaissance à Turin.

C'est Domenico della Rovere qui voulut son édification; sa famille était celle des seigneurs de Vinovo, lui-même était cardinal de San Clemente et il résidait à la cour pontificale de Sixte IV. Dès 1492, la construction de la Cathdrale fut confiée à Meo del Caprina da Settiganno. Il fallut cinq années d'études, de travail intense et de fouilles. En 1497 l'Oeuvre avait été complétée.

Sur la façade, elle a trois portails en marbre, finement travaillés; l'intérieur présente la structure d'une basilique. Depuis 1578, son histoire est liée à celle du Saint-Suaire, qui fut conservé au Palais Royal jusqu'à l'achèvement de la chapelle de la sainte relique, complété par Guarini.

En 1667, le père Guarino Guarini, architecte de cour et l'un des grands représentants du baroque piémontais, fut chargé par Carlo Emanuele II de Savoie du projet et de la réalisation de la Chapelle où conserver le Saint-Suaire.

La Relique avait été transportée à Turin par Emanuele Filiberto, en 1578, lorsqu'il choisit le chef-lieu piémontais comme capitale de son royaume, mais les travaux pour donner une demeure stable et permanente au Linceul se poursuivirent jusqu'en 1694.

Les Savoie, gardiens du Saint-Suaire, le vénéraient profondément, et c'est ainsi que la Chapelle devint le point d'union smbolique entre les deux pouvoirs, temporel et spirituel: on choisit de la placer entre le sommet de la nef centrale de la Cathédrale et l'appartement du roi.

Guarini travailla sur le projet déjà élaboré par Bernardino Quadri, et, se basant sur l'idée du Saint-Suaire comme ultime témoignage de la souffrance du Christ pour le genre humain, il développa un parcours ascétique de rédemption et d'élévation vers la gloire divine.

L'accès à la Chapelle pouvait se faire par deux grands escaliers symétriques qui partaient du fond des deux bas-côtés de la Cathédrale. Le marbre noir brillant se détachait sur la peinture claire de la cathédrale.

Les rampes montaient vers le haut, se dévoilant peu à peu à la vue, dans une sensation d'ascension tortueuse. Les grands escaliers aboutissaient dans deux petites pièces circulaires, d'où l'on pouvait voir la salle centrale, un cercle parfait plongé dans une pénombre somptueuse: les sols étaient décorés d'une fantaisie d'étoiles en bronze, qui renvoyaient à la construction, et qui l'enveloppaient de lumière.