L'attuale Duomo, primo esempio di architettura rinascimentale a Torino, fu edificato per volere del vescovo Domenico Della Rovere sull'area di tre chiese medioevali dedicate al Salvatore, a San Giovanni Battista e a Santa Maria. Il progetto, affidato all'architetto toscano Meo del Caprina, venne realizzato tra il 1491 e il 1498. 

Nel secolo XVII l'edificio fu ristrutturato con l'aggiunta della cappella della Sacra Sindone di Guarino Guarini che collega la cattedrale al Palazzo Reale. 
Il campanile di Sant'Andrea, ultimato nel 1469, venne sopraelevato nel 1720 su progetto di Filippo Juvarra. 
La facciata, su cui si aprono tre eleganti portali, con il suo rivestimento in marmo bianco costituiva un'anomalia rispetto ai coevi edifici in mattone. 

L'interno, ad impianto basilicale, è a croce latina a tre navate con elementi gotici. Le cappelle laterali ospitano altari devozionali; al secondo altare della navata destra polittico della Compagnia dei Calzolai di Martino Spanzotti e Defendente Ferrari. 
Le scale laterali al fondo del presbiterio conducono alla cappella della Sacra Sindone; costruito tra il 1668 e il 1694 su progetto di Guarino Guarini, questo capolavoro di architettura barocca è attualmente in restauro dopo l'incendio dell'11 aprile 1997.