Nei primi decenni del 1900 l’attenzione degli studiosi si concentra sulla formazione dell’immagine impressa sul telo e documentata dalla fotografia. I maggiori dettagli offerti dalla fotografia eseguita nel 1931 da Giuseppe Enrie danno un impulso ancora maggiore: in tutta Europa compare una fitta serie di pubblicazioni, contributi di studiosi provenienti da campi scientifici diversi, spesso indipendenti l’uno dall’altro e privi di un logico coordinamento. La Confraternita del SS. Sudario, molto attenta alle vicende della Sindone, coglie immediatamente questa esigenza e fonda al suo interno nel 1937 un sodalizio denominato “Cultores Sanctae Sindonis” che ottiene immediatamente l’approvazione dell’Arcivescovo di Torino il cardinale Maurilio Fossati.

Il sodalizio è retto da un Consiglio Centrale con sede presso la Confraternita, ma ben presto si formano in tutta Europa e negli Stati Uniti gruppi di studiosi che ne chiedono l’affiliazione e pertanto diventano delegazioni dei Cultores di Torino. Gli scopi del sodalizio sono sin dalla sua nascita: il coordinamento degli studi sulla Sindone, la diffusione della sua conoscenza e la raccolta e conservazione di tutto quanto concerne la Sindone. Per il raggiungimento di questi obbiettivi allestisce nella sua sede una mostra documentaria (il primo nucleo del Museo della Sindone) e una biblioteca con interessanti pubblicazioni a partire da quelle più antiche risalenti alla fine del ‘500, organizza conferenze, convegni e cura pubblicazione di studi.

Nel 1939 il sodalizio organizza il primo Convegno nazionale di studi sulla Sindone che si svolge a Torino pubblicandone gli atti. Il conflitto mondiale interrompe i rapporti tra gli studiosi e fra le delegazioni rallentando l'attività di studio. L’attività riprende nel 1950, quando il sodalizio in occasione dell’Anno Santo organizza il primo Congresso internazionale di studi sulla Sindone con sede a Roma e a Torino e ne cura la pubblicazione degli atti. Il congresso offre nuovo impulso agli studi: ne sono testimonianza le pubblicazioni, fra gli altri, di P. Barbet e G. Judica-Cordiglia in campo medico-legale, di P. Savio in campo storico.

Nel 1959, Bernardo Bellardo infaticabile presidente dei Cultores fin dalla sua costituzione, rassegna le dimissioni. La Confraternita avvia un’attenta riflessione sull’attività dei Cultores, la cui attività si era resa preziosa e insostituibile, e, anche su suggerimento del Cardinale Maurilio Fossati, studia una nuova soluzione organizzativa. La realizzazione è affidata al prof. G. Judica-Cordiglia, membro del Consiglio Direttivo della Confraternita e già membro autorevole del sodalizio Cultores. Il 23 dicembre 1959, il Consiglio direttivo della Confraternita delibera la costituzione del Centro Internazionale di Sindonologia. Il Centro, dotato di uno statuto approvato dal cardinale Maurilio Fossati il 18 dicembre dello stesso anno, dipende sia per il funzionamento che per la sua amministrazione dal Consiglio della Confraternita, e pertanto il Presidente della Confraternita è contemporaneamente Presidente del Centro. La direzione è affidata a un Direttore nominato dal Consiglio della Confraternita e assistito da un comitato di esperti da lui designato.

Gli scopi sono gli stessi perseguiti dai Cultores. Direttore del nuovo Centro viene nominato il prof. Giovanni Judica Cordiglia. Contemporaneamente la Confraternita fonda la rivista “Sindon”, i cui promotori sono lo stesso Judica Cordiglia, il dott. Giovanni Donna d’Oldenigo, mons. Adolfo Barberis e il prof. Stefano Vigna. La rivista, a carattere scientifico, è strutturata in quattro sezioni: medicina, storia, esegesi, arte e sarà pubblicata con cadenza semestrale. L’esigenza di una rivista scientifica che fosse insieme luogo di pubblicazione di contributi scientifici coordinati, mezzo di collegamento fra gli studiosi, e che rendesse più agevoli, più approfondite e più diffuse le conoscenze sulla Sindone era già molto sentita dai Cultores, ma non era stata realizzata per mancanza di fondi. Il primo numero della rivista porta la data di novembre 1959. Di Sindon verranno pubblicati 34 numeri fino al 1985. Dopo una breve interruzione riprenderà nel 1989, con una nuova serie rinnovata nella veste editoriale.

Nel 1969 il direttore del Centro prof. G. Judica Cordiglia è chiamato, a far parte della Commissione di esperti nominata dal card. Pellegrino allo scopo di effettuare una ricognizione sullo stato di conservazione della Sindone. Il prof. Judica Cordiglia viene chiamato nella Commissione "quasi come guida degli esperti, che non si erano mai interessati della Sindone" come afferma mons. Jose Cottino, vice-presidente della Commissione, nell'introduzione al volume “Osservazioni alle perizie ufficiali sulla Santa Sindone 1969-1976" pubblicato nel 1977 dal Centro.

Nel 1978 è indetta l’Ostensione della Sindone per ricordare i 400 anni del suo trasferimento in Torino. Il Centro dà il suo contributo allestendo nella sua sede una mostra documentaria sulla Sindone ed organizzando il II Congresso Internazionale di Sindonologia. Al congresso seguiranno i convegni nazionali di Bologna nel 1981, Trani nel 1984, Siracusa nel 1987, Cagliari nel 1990 ed i congressi internazionali del 1978 e del 1998. I Convegni e la pubblicazione dei relativi atti sono realizzati in collaborazione con le locali delegazioni del Centro.

Nel 1987 viene pubblicato un elegante volume dal titolo "La scienza, la storia, la fede": è un compendio degli studi sindonici realizzato con contributi interdisciplinari, ideato e sostenuto da don Piero Coero-Borga, rettore della Confraternita e anima del Centro, improvvisamente scomparso nel 1986, e pubblicato postumo alla sua memoria.

Nel 1998 il card. Saldarini approva un nuovo Statuto del Centro proposto dalla Confraternita per la necessità di adattare alle mutate esigenze il precedente statuto approvato dal card. Fossati nel 1959. Il nuovo Statuto conferma l'assetto organizzativo del Centro relativo al Presidente e al Direttore ma ne fissa i termini del mandato, e tra gli scopi viene ribadito il compito di assicurare ogni supporto scientifico, tecnico e organizzativo in campo sindonologico al Custode Pontificio della Sindone, l'Arcivescovo pro tempore di Torino. Dal 1992, infatti, alcuni membri del Centro fanno parte della Commissione di esperti nominata dal card. Saldarini per riprendere lo studio sulla conservazione della Sindone iniziato dalla Commissione nominata nel 1969 dal card. Pellegrino e terminato nel luglio 2002 con la rimozione del telo d'Olanda e delle toppe cucite dalle suore Clarisse di Chambery nel 1534. Al prof. Judica Cordiglia succede nella carica di direttore il prof. Pierluigi Baima Bollone.

Nello stesso anno il Centro collabora a una nuova iniziativa della Confraternita: "La Quaresima con la Sindone" destinata alle parrocchie della diocesi, proponendo conferenze scientifiche allo scopo di far conoscere la Sindone in tutti suoi aspetti. L'iniziativa ha un successo crescente, tanto che verrà proposta per l'intero periodo delle due ostensioni cercando di soddisfare tutte le richieste che pervenivano da ogni parte, anche da fuori diocesi. In occasione delle due recenti ostensioni del 1998 e del 2000 l'attività del Centro si fa intensissima: alcuni suoi membri sono chiamati a far parte della Commissione per l’ostensione della Sindone nella quale danno un notevole contributo a livello organizzativo, tecnico e scientifico. In collaborazione con la Confraternita realizza la nuova sede del Museo della Sindone sotto la cripta della settecentesca chiesa del Ss. Sudario che è inaugurata il 15 aprile 1998 in concomitanza con l'apertura dell'Ostensione. Per celebrare il centenario della prima fotografia della Sindone, organizza la mostra “L’Immagine Rivelata", proponendo molti documenti e immagini inediti dell’Archivio Secondo Pia. Membri del centro partecipano alle molte pubblicazioni di carattere sindonico. Durante l'ostensione del 1998 organizza inoltre il III Congresso Internazionale di Sindonologia che si svolge a Torino.

Nella successiva Ostensione del 2000 al Centro è affidata l'organizzazione del Simposio Scientifico Internazionale a Villa Gualino al quale sono invitati 40 esperti da tutto il mondo. Gli atti del Simposio sono pubblicati in un numero speciale della rivista Sindon con il titolo "The Turin Shroud: Past, present and future".

Nel 2002 il Consiglio Direttivo della Confraternita nomina il nuovo Direttore del Centro nella persona del Prof. Bruno Barberis. Nel frattempo il Centro coordina e partecipa attivamente a tre Convegni di studio sulla Sindone svoltisi rispettivamente a Parigi, Vienna e a San Paolo in Brasile.