En 1563, con el traslado de la capital del ducado de Chambéry a Turín, Emanuele Filiberto de Saboya estableció su residencia en el palacio del obispo, cerca de la Catedral.
Ya en 1584, sin embargo, Carlos Manuel I encargó al arquitecto Ascanio Vittozzi la construcción de un nuevo edificio. Después de 1643, con la regencia de María Cristina de Francia, la dirección de las obras pasó a Carlos de Castellamonte y luego a Carlos Morello.
Paralelamente se procedió al amueblamiento de las salas de protocolo en el primer piso, caracterizadas por los ricos techos de madera tallada y dorada con grandes pinturas alegóricas de Jan Miel y Charles Dauphin, cuyos temas exaltan las virtudes del soberano según un programa iconográfico dictado por el retórico de la corte Emanuele Tesauro.
En 1688, el pintor Daniel Seiter fue llamado desde Roma para pintar los frescos de la galería desde entonces llamada “del Daniel”. Seiter, apoyado por el pintor genovés Bartolomeo Guidobono, intervino también en el apartamento de la planta baja, luego llamado de Madama Felicita. A finales del siglo XVII, el diseño del jardín fue revisado y ampliado por el célebre arquitecto francés André Le Notre.
Cuando Vittorio Amedeo II obtuvo el título real en 1713, se creó la llamada “zona de mando”, anexa al palacio y constituida por las Secretarías, las Oficinas, el Teatro Real y los Archivos del Estado.
El director de estas intervenciones fue el arquitecto messinés Filippo Juvarra, que dentro del palacio construyó la audaz Escalera de las Tijeras y el Gabinete Chino. Varios ambientes están decorados con pinturas de Claudio Francesco Beaumont, pintor oficial de Carlos Manuel III, subido al trono en 1730.
A la partida de Juvarra hacia Madrid, el cargo de primer arquitecto real pasó a Benedetto Alfieri, quien definió los aparatos decorativos de los apartamentos del segundo piso, renovó la Galería del Daniel y preparó las nuevas salas de los Archivos, pintadas con frescos por Francesco De Mura y Gregorio Guglielmi.
En tiempos de Carlos Alberto (1831-1849) se renovaron, bajo la dirección del boloñés Pelagio Palagi, algunas salas del piso noble, como el Salón de los Suizos y la Sala del Consejo, así como parte de los apartamentos del segundo piso.
Poco antes de la Unificación de Italia, en 1862, se construyó la nueva escalinata de honor. Con el traslado de la capital de Turín a Florencia y luego a Roma, el palacio fue perdiendo progresivamente sus funciones de residencia; desde 1955 está en manos de la Superintendencia para los Bienes Arquitectónicos y Paisajísticos.
