In 1563, met de verplaatsing van de hoofdstad van het hertogdom van Chambéry naar Turijn, vestigde Emanuele Filiberto van Savoye zijn residentie in het paleis van de bisschop, vlakbij de Dom.
Reeds in 1584 gaf Carlo Emanuele I de architect Ascanio Vittozzi de opdracht een nieuw gebouw te bouwen. Na 1643, tijdens het regentschap van Maria Cristina van Frankrijk, werd de leiding van de werkzaamheden overgenomen door Carlo di Castellamonte en vervolgens door Carlo Morello.
Tegelijkertijd werd er gewerkt aan het inrichten van de ontvangstzalen op de eerste verdieping, gekenmerkt door rijkelijk gebeeldhouwde en vergulde houten plafonds met grote allegorische doeken van Jan Miel en Charles Dauphin, wiens onderwerpen de deugden van de vorst verheerlijken volgens een iconografisch programma opgesteld door de hofredner Emanuele Tesauro.
In 1688 werd de schilder Daniel Seiter uit Rome geroepen om de galerij die sindsdien “de Daniel” wordt genoemd te fresco’s aan te brengen. Seiter, bijgestaan door de Genovese schilder Bartolomeo Guidobono, werkte ook aan het appartement op de begane grond, later genoemd het appartement van Madama Felicita. Tegen het einde van de zeventiende eeuw werd het tuinontwerp herzien en uitgebreid door de beroemde Franse architect André Le Notre.
Toen Vittorio Amedeo II in 1713 de koninklijke titel verkreeg, werd de zogenaamde “commandozone” gecreëerd, aangebouwd aan het paleis en bestaande uit de Secretariaten, kantoren, het Koninklijk Theater en de Staatsarchieven.
Regisseur van deze ingrepen was de Messinaanse architect Filippo Juvarra, die binnen het paleis de gedurfde Schaartrap en het Chinese Kabinet realiseerde. Verschillende ruimtes zijn versierd met schilderijen van Claudio Francesco Beaumont, officieel schilder van Carlo Emanuele III, die in 1730 de troon besteeg.
Bij het vertrek van Juvarra naar Madrid werd de functie van eerste koninklijk architect overgenomen door Benedetto Alfieri, die de decoratieve elementen van de appartementen op de tweede verdieping definieerde, de Galleria del Daniel vernieuwde en de nieuwe kamers van de Archieven inrichtte, versierd met fresco’s van Francesco De Mura en Gregorio Guglielmi.
Ten tijde van Carlo Alberto (1831-1849) werden, onder leiding van de Bolognese Pelagio Palagi, enkele zalen op de piano nobile vernieuwd, zoals de Zaal van de Zwitsers en de Raadzaal, evenals een deel van de appartementen op de tweede verdieping.
Kort voor de Italiaanse eenwording, in 1862, werd de nieuwe eretrap gebouwd. Met de verhuizing van de hoofdstad van Turijn naar Florence en vervolgens naar Rome verloor het paleis geleidelijk zijn functie als residentie; sinds 1955 is het onder beheer van de Superintentie voor Architectonische en Landschappelijke Erfgoed.
