Le Dôme actuel, premier exemple d’architecture Renaissance à Turin, fut édifié entre 1491 et 1498 à l’initiative de l’évêque Domenico della Rovere sur l’emplacement de trois églises médiévales dédiées au Sauveur, à saint Jean Baptiste et à sainte Marie, d’après un projet confié à l’architecte toscan Meo del Caprina. L’édifice fut rénové au XVIIe siècle et il lui fut ajouté la chapelle du Saint Suaire, de Guarino Guarini, qui relie la cathédrale au Palazzo Reale (Palais Royal). Le campanile Sant’Andrea, terminé en 1469, fut surélevé en 1720 sur un projet de Filippo Juvarra.

La façade, sur laquelle s’ouvrent trois élégants portails, constituait avec son revêtement en marbre blanc une anomalie par rapport aux édifices en briques de l’époque. L’intérieur, de plan basilical, est en croix latine à trois nefs avec des éléments gothiques.

Les chapelles latérales accueillent des autels dévotionnels ; au second autel de la nef droite, un polyptyque de Martino Spanzotti et Defendente Ferrari réalisé pour la Compagnie des Cordonniers. Les escaliers latéraux au fond du presbyterium conduisent à la chapelle du Saint Suaire, un chef-d’œuvre de l’architecture baroque construit entre 1668 et 1694 sur un projet de Guarino Guarini.