Insieme con la «gemella» S. Cristina chiude il lato meridionale di piazza San Carlo. Sede storica dei Servi di Maria, è intitolata a san Carlo Borromeo, il santo Arcivescovo di Milano che ebbe per la Sindone una particolare devozione. Emanuele Filiberto infatti portò il Telo a Torino nel 1578 per abbreviare il viaggio del Vescovo che, a piedi, si stava recando a Chambéry per venerarlo. La chiesa è del 1619, ma la facciata venne realizzata solo nel 1834 sul modello di S. Cristina.