La cathédrale, attribuée à l’évêque Massimo Maximus, date de la fin du IVe siècle. Le projet original prévoyait le développement de trois basiliques chrétiennes, dédiées à San Salvatore, Santa Maria et San Giovanni Battista.
En 1490, sur ordre du cardinal Domenico Della Rovere des seigneurs de Vinovo, les travaux de démolition des trois anciennes basiliques commencèrent et la construction d’une nouvelle structure fut entreprise selon le plan du sculpteur et architecte Amedeo da Settignano, qui apporta au Piémont les nouvelles formes de la Renaissance. La première pierre fut posée en 1491 et la cathédrale fut consacrée le 21 septembre 1505.
Turin, devenue capitale du Duché de Savoie en 1563, a reçut le Saint-Suaire en 1578 et, au cours du XVIIe siècle, il fut décidé d’agrandir la cathédrale afin de créer un environnement digne de l’accueillir. En 1667, on fit appel à Guarino Guarini, qui travaillait déjà dans l’église royale de San Lorenzo, non loin de la cathédrale, et qui commença en 1668 la construction de la Chapelle du Saint-Suaire. La coupole, dont les travaux ont duré 28 ans, a été achevée en 1694.
Le clocher, dédié à Saint-André, fut construit entre 1468 et 1470 à la demande de l’évêque Jean de Compeys, qui appartenait à une prestigieuse famille d’origine savoyarde.
La cathédrale a été gravement endommagée par un incendie en avril 1997, détruisant une grande partie de l’œuvre de Guarini. La Sainte Relique a été mise en sécurité par les pompiers et est aujourd’hui conservée dans la Cathédrale, dans la dernière chapelle à gauche, mais n’est pas visible par le public.
