La cattedrale, attribuita al vescovo Massimo, risale alla fine del IV secolo. Il progetto originario prevedeva uno sviluppo su un impianto di tre basiliche cristiane, dedicate a San Salvatore, Santa Maria e San Giovanni Battista.
Nel 1490, per ordine del cardinale Domenico Della Rovere dei signori di Vinovo, si diede inizio ai lavori di demolizione delle tre antiche basiliche e alla edificazione di una nuova fabbrica su progetto dello scultore e architetto Amedeo da Settignano, che portò in Piemonte le nuove forme del Rinascimento. Nel 1491 fu posata la prima pietra e il 21 settembre 1505 la cattedrale fu consacrata.
Torino, divenuta capitale del Ducato Sabaudo nel 1563, accolse la Sindone nel 1578, e nel corso del Seicento si decise di ampliare il duomo col fine di creare un ambiente degno per poterla ospitare. Nel 1667 fu chiamato Guarino Guarini, già impegnato nella Real Chiesa di San Lorenzo, poco lontana dal Duomo, che nel 1668 diede avvio alla realizzazione della Cappella della Sindone. La cupola, i cui lavori durarono 28 anni, fu conclusa nel 1694.
La torre campanaria, dedicata a Sant’Andrea, fu edificata tra il 1468 e il 1470 per volontà del vescovo Giovanni di Compeys, appartenente a una prestigiosa famiglia di origine savoiarda.
Il Duomo fu danneggiato gravemente nel corso dell’incendio dell’aprile 1997 distruggendo molta parte dell’opera guariniana. La Sacra Reliquia è stata portata in salvo dai vigili del fuoco ed è oggi conservata nel Duomo, nell’ultima cappella di sinistra, ma non visibile al pubblico.
