Em 1563, com a transferência da capital do ducado de Chambéry para Turim, Emanuele Filiberto de Saboia estabeleceu sua residência no palácio do bispo, próximo à Catedral.
Já em 1584, entretanto, Carlo Emanuele I confiou ao arquiteto Ascanio Vittozzi a construção de um novo edifício. Após 1643, com a regência de Maria Cristina da França, a direção das obras passou para Carlo di Castellamonte e depois para Carlo Morello.
Paralelamente, procedia-se ao mobiliário das salas de cerimônia no primeiro andar, caracterizadas pelos ricos tetos em madeira talhada e dourada com grandes telas alegóricas de Jan Miel e Charles Dauphin, cujos temas enaltecem as virtudes do soberano segundo um programa iconográfico ditado pelo orador da corte Emanuele Tesauro.
Em 1688, o pintor Daniel Seiter foi chamado de Roma para afrescar a galeria desde então chamada “del Daniel”. Seiter, acompanhado pelo pintor genovês Bartolomeo Guidobono, também trabalhou no apartamento do térreo, depois chamado de Madama Felicita. No final do século XVII, o projeto do jardim foi revisado e ampliado pelo célebre arquiteto francês André Le Notre.
Quando Vittorio Amedeo II obteve o título de rei, em 1713, foi criada a chamada “zona de comando”, anexada ao palácio e formada pelas Secretarias, pelos Escritórios, pelo Teatro Real e pelos Arquivos do Estado.
O diretor dessas intervenções foi o arquiteto messinês Filippo Juvarra, que dentro do palácio realizou a audaciosa Escada das Tesouras e o Gabinete Chinês. Diversos ambientes são ornados por pinturas de Claudio Francesco Beaumont, pintor oficial de Carlo Emanuele III, que subiu ao trono em 1730.
Quando Juvarra partiu para Madrid, o cargo de primeiro arquiteto real passou para Benedetto Alfieri, que definiu os aparatos decorativos dos apartamentos no segundo andar, renovou a Galeria del Daniel e organizou os novos quartos dos Arquivos, afrescados por Francesco De Mura e Gregorio Guglielmi.
No tempo de Carlo Alberto (1831-1849), algumas salas do andar nobre foram renovadas sob a direção do boloñês Pelagio Palagi, como o Salão dos Suíços e a Sala do Conselho, assim como parte dos apartamentos no segundo andar.
À beira da Unidade da Itália, em 1862, foi construída a nova escadaria de honra. Com a transferência da capital de Turim para Florença e depois para Roma, o palácio perdeu progressivamente suas funções de residência; desde 1955 está sob responsabilidade da Superintendência de Patrimônio Arquitetônico e Paisagístico.
