La storia della pinacoteca ha origine nel 1497 quando i Savoia riunirono in un inventario le opere antiche acquisite dalla casata. Il primo vero catalogo risale al 1631 ed è accuratamente conservato in una apposita teca. I preziosi dipinti vennero dapprima sistemati nella galleria che metteva in comunicazione Palazzo Reale e Palazzo Madama che, più volte danneggiata da incendi, non fu più ricostruita. La "Reale Galleria", forte di 365 dipinti, fu inaugurata nel 1832 da Carlo Alberto a Palazzo Madama. La collezione si arricchì nel tempo di numerose altre importanti testimonianze di opere pittoriche di scuola fiamminga e olandese.

Ceduta allo Stato italiano nel 1860, nel 1865 è stata trasferita in Via Accademia delle Scienze e, dall'aprile 2012 ha sede nella "Manica Nuova" del Palazzo Reale.

È oggi una delle più importanti pinacoteche italiane e accoglie le collezioni sabaude. Nel percorso della Galleria si trovano diversi capolavori di scuola piemontese, tra cui un prezioso polittico di Giovanni Canavesio, dei maestri italiani del Quattrocento e del Cinquecento, come la "Madonna col Bambino e i Santi" di Andrea Mantegna e "La Cena" di Paolo Veronese e uno spettacolare panorama di Torino a metà del Settecento di Bernardo Bellotto.