La cathédrale actuelle, premier exemple d'architecture de la Renaissance à Turin, a été construite à la demande de Mgr Domenico Della Rovere, sur le site de trois églises médiévales dédiées au Sauveur, à Jean-Baptiste et à la Vierge Marie. Le projet a été confié à l'architecte toscan Meo del Caprina et a été réalisé entre 1491 et 1498. Au XVIIe siècle, le bâtiment a été restructuré avec l'ajout de la chapelle du Saint Suaire conçue par Guarino Guarini et reliant la cathédrale à la Palais Royal. Le clocher de Saint-André, achevé en 1469, a été érigé en 1720 sur un projet de Filippo Juvarra.

La façade, composée de trois portes élégantes, présente la particularité d'être recouverte de marbre blanc et présente une anomalie par rapport aux autres façades en briques contemporaines. L'intérieur de l'église est disposé en forme de croix latine à trois nefs de style gothique. Les chapelles latérales ont des autels de dévotion et le deuxième autel dans la nef de droite héberge le politico de la Compagnia dei Calzolai de Martino Spanzotti et de Defendente Ferrari.

Les escaliers sur le côté et à la fin du presbytère mènent à la chapelle du Saint Suaire. Cette chapelle a été construite entre 1668 et 1694 par Guarino Guarini et est un chef-d'œuvre de l'architecture baroque. Il est actuellement en restauration après l'incendie du 11 avril 1997.