Il palazzo venne commissionato da Emanuele Filiberto di Savoia-Carignano, detto "il Muto", al padre teatino Guarino Guarini, intellettuale di elevatissimo calibro al quale, negli anni della reggenza di Maria Giovanna Battista di Savoia Nemours, si devono in città anche la Real Chiesa di San Lorenzo, la cappella della Sindone e la scomparsa Porta di Po[1][2].

 Palazzo Carignano, facciata su piazza Carignano, particolare del fregio decorativo aggiunto da Carlo Ceppi

I lavori iniziarono nel 1679, sotto la direzione del collaboratore di Guarini, Gian Francesco Baroncelli. Residenza stabile dei Principi di Carignano dal 1694, e dimora di Carlo Alberto di Carignano e della consorte Maria Teresa Asburgo Lorena, che abitarono gli appartamenti al pian terreno verso sud, da qui il nome "Appartamento dei Principi", il palazzo vide nascere Vittorio Emanuele II di Savoia, l'evento è ricordato dal grande fregio decorativo in facciata recante la scritta QVI NACQVE VITTORIO EMANVELE II, opera di Carlo Ceppi, aggiunto nel 1884.

Nel 1831, con l'ascesa al trono di Carlo Alberto, il palazzo venne ceduto al Demanio, che vi alloggiò il Consiglio di Stato e la Direzione delle Poste[3].

 Palazzo Carignano, facciata verso il cortile, particolare del corpo ellittico

Quando, nel 1848, l'edificio venne destinato a sede della Camera dei deputati del Parlamento Subalpino, l'architetto Carlo Sada ne modificò lo splendido salone delle feste, collocato all'interno del corpo ellittico della facciata. Nel 1861, con l'apertura del primo Parlamento italiano, l'aula risultò troppo piccola e, per ospitarne una di maggiore dimensioni, si decretò l'ampliamento del palazzo verso est, dove ora sorge piazza Carlo Alberto. Il progetto venne affidato all'architetto Domenico Ferri e l'esecuzione a Giuseppe Bollati: i lavori iniziarono nel 1863 e terminarono nel 1871[3], mentre i deputati, fino al trasferimento della capitale a Firenze nel 1864, si riunirono presso un'aula più capiente e provvisoria costruita nel cortile su progetto dell'architetto Amedeo Peyron. La grande aula, destinata ad ospitare il nuovo Parlamento italiano, non venne quindi mai utilizzata allo scopo per cui era stata costruita.

Nel 1898 l'aula del Parlamento Subalpino fu dichiarata monumento nazionale. In questo palazzo si verificarono due eventi memorabili, ossia la lettura del proclama in cui il Principe reggente per conto di Carlo Felice, Carlo Alberto di Savoia-Carignano, concedeva lo Statuto; la seduta in cui il re di Sardegna e duca di Savoia, Vittorio Emanuele II, proclamava la nascita del Regno d'Italia.

Con il trasferimento della capitale, il Palazzo non solo perse la sua funzione di sede istituzionale, ma anche la sua identità di residenza aulica sbiadì gradualmente assumendo svariate destinazioni d'uso, anche non proprie, tanto che alcune aree vennero destinate ad abitazione privata. Le facoltà scientifiche dell’Università degli Studi di Torino occuparono piano nobile e pian terreno, riadattandoli in aule didattiche e studi, fino agli anni Trenta del Novecento, quando gli spazi vennero completamente sgomberati e restaurati

Nel 1935 il palazzo ospitò la Mostra storica in Palazzo Carignano, a cura della confederazione fascista dei professionisti e degli artisti, dedicata alla storia della dinastia sabauda dal Medioevo al Regno di Italia[4], mentre divenne sede di due grandi eventi espostivi a cura di Vittorio Viale, rispettivamente nel 1937 con la Mostra del Barocco Piemontese[5] e nel 1938-1939 con la Mostra del Gotico e Rinascimento in Piemonte[6]. Per la riabilitazione del Palazzo nella sua dimensione di residenza principesca fu fondamentale proprio la mostra del 1937 perché rese visitabili al pubblico gli spazi allora appena restaurati e liberati dagli usi impropri e soprattutto perché permise la prima volta l'accesso agli appartamenti di Mezzanotte, per visitare i quali si dovette aspettare nuovamente fino al 1961, per i festeggiamenti per il centesimo anniversario dell'Unità di Italia.

Nel 1939 l'ampliamento ottocentesco e il primo piano nobile del corpo secentesco divengono sede permanente del Museo Nazionale del Risorgimento, riaperto al pubblico dopo un lungo restauro nel 2011.

Al pian terreno, gli appartamenti di Mezzanotte sono occupati dagli Uffici della Direzione regionale Musei Piemonte, mentre quelli di Mezzogiorno sono periodicamente aperti al pubblico.

Successivamente il palazzo ospitò numerosi istituti e associazioni culturali quali la Deputazione Subalpina di Storia Patria o l'Unione culturale Franco Antonicelli che vi ha sede dal 1946 e dalla metà degli anni Sessanta ha il suo ingresso in via Cesare Battisti 4b e le sue sale negli "infernotti" del Palazzo.[7]