La chiesa nacque per volontà della reggente di Piemonte Maria Cristina di Francia, che acquistò nel 1639 i terreni sui quali sorge l'attuale tempio, voluto in memoria del figlioletto primogenito appena deceduto, Francesco Giacinto di Savoia.
Il progetto comunque, fece parte di un più esteso ampliamento urbano oltre la primitiva cinta muraria della città verso sud, il cosiddetto Borgo Nuovo, già iniziato con la costruzione dell'asse della "Via Nuova" (l'attuale Via Roma), oltre che della costruzione dell'attuale Piazza San Carlo (all'epoca Piazza Reale o Place Royale) e la costruzione, senza facciata, dell'adiacente chiesa "gemella" (ovvero quella dedicata a San Carlo, del 1619).

Il progetto e i lavori della chiesa furono iniziati da Carlo di Castellamonte nel 1639, che però morì un anno dopo, e il cantiere fu proseguito dal figlio Amedeo. Sul retro della chiesa, il proseguimento della "Via Nuova", con la cosiddetta piccola piazzetta detta "delle due chiese", poi rimaneggiata da Marcello Piacentini nel 1937 e rinominata Piazza C.L.N. nel 1946, con la fontana-statua della Dora Riparia attaccata al retro della stessa chiesa, opera di Umberto Baglioni.
Sul lato orientale invece, la stessa Madama Cristina (devota a questa chiesa tanto da esservi sepolta qui nel 1674), volle adibire un convento, poi occupato dalle carmelitane scalze; degna di nota fu la permanenza qui della monaca beata Maria degli Angeli Fontanella. Nel 1641 i lavori della chiesa si arrestarono e l'edificio rimase privo di facciata. Nel 1666, Giacomo Casella, con il cognato Giovanni Andrea, terminò gli affreschi interni della volta.[1]

  Lo stesso argomento in dettaglio: Piazza San Carlo, Borgo Nuovo (Torino) e Chiesa di San Carlo (Torino).

Il completamento della facciata si concretizzò soltanto sotto il regno di Vittorio Amedeo II di Savoia tra il 1715 e il 1718, con il progetto di Filippo Juvarra. Fu disegnata in puro barocco, a due ordini sovrapposti fu considerata la prima opera torinese dell'architetto messinese, caratterizzata dall'andamento curvilineo della parte centrale, dove spiccano il ricco portale eccentrico a due battenti e la grande finestra ovale. La composizione architettonica è scandita dal ritmo serrato delle colonne e delle lesene ed è arricchita dalle statue di santi, tra cui Santa Cristina e Santa Teresa di Giuseppe Salvatore Caresana, scolpite in sostituzione di quelle ordinate nel 1715 dallo Juvarra allo scultore francese Pierre Legros,[2] e le allegorie delle virtù; tutte le statue furono opere del 1717, di Carlo Antonio Tantardini e Giuseppe Salvatore Caresana.

Con le secolarizzazioni napoleoniche, nel 1802, la chiesa di Santa Cristina venne trasformata in Borsa di Commercio e l'adiacente convento fu soppresso. Soltanto con la Restaurazione, il tempio fu riconsacrato e, per volontà di Vittorio Emanuele I di Savoia, fu abbellito di nuovi marmi e un nuovo altare, opera di Ferdinando Bonsignore. In questo periodo fu chiamata anche "chiesa delle Serve" poiché vi si teneva una messa domenicale nel primo pomeriggio, molto frequentata dalle persone di servizio delle famiglie dei numerosi palazzi signorili circostanti, le quali avevano la domenica la loro mezza giornata di libertà ma dovevano rientrare presso le famiglie loro datrici di lavoro entro le ore 16.[3]
Con il rifacimento di via Roma, negli anni del fascismo, la chiesa venne ancora trasformata, privata di alcuni finestroni e del convento adiacente, che fu completamente demolito per la costruzione degli attuali palazzi, che la connettono alla piazzetta retrostante (Piazza C.L.N.) e l'abside venne quasi totalmente rifatta.. Nel 1960 invece, venne rinnovato quasi completamente l'altare maggiore del Bonsignore e tutte le cappelle laterali.

  Lo stesso argomento in dettaglio: Piazza C.L.N..

Il 26 febbraio 2017, è crollato un pezzo di cornicione di marmo esterno retrostante della chiesa, frantumandosi sulla statua-fontana della Dora di Piazza C.L.N., fortunatamente senza vittime né grossi danni[4].