A história do edifício começou quando, em 1563, Emanuel Filiberto de Saboia mudou a capital do seu ducado para Turim. A escolha do arquiteto para a nova sede da corte recaiu sobre Ascanio Vitozzi, engenheiro militar que mais tarde permaneceria sempre ao serviço da família Saboia, contribuindo para a transformação urbana da cidade.

Ao longo do século XVII, arquitetos, artistas e artesãos deram prestígio à sede do absolutismo emergente dos Saboia. Tapeçarias preciosas foram trazidas das manufaturas francesas de Beauvais e dos Gobelins. Depois de meados do século XVII, Guarino Guarini construiu a Capela do Sudário na abside da Catedral de São João, a que a família Saboia podia aceder diretamente, como hoje os turistas podem fazer, graças a uma ligação interior.

O palácio ducal tornou-se real em 1713, quando Vítor Amadeu II foi coroado rei da Sicília, e nas duas décadas seguintes houve importantes intervenções arquitetónicas de Filippo Juvarra. Uma nova época de esplendor ocorreu em meados do século XIX durante o reinado de Carlos Alberto, mas, após a unificação da Itália em 1861, a capital passou primeiro para Florença e depois para Roma, e o edifício perdeu a sua função de corte.

Hoje, o Palácio é um corpo único com os Jardins Reais, a Biblioteca e a Armaria Real, a Galeria dos Saboias (Galleria Sabauda), o Museu Arqueológico, as Salas Chiablese e a Capela do Sudário sob o nome de Museus Reais.