Mole Antonelliana, niezwykła konstrukcja, zaprojektowana została przez inżyniera Alessandra Antonellego w 1862 roku na zlecenie gminy żydowskiej (Comunità Israelita Torinese), która postanowiła wznieść okazałą synagogę dla przypieczętowania końca dyskryminacji na tle religijnym. Spory sprzeciw wzbudziły zmiany wprowadzane w trakcie budowy, a zwłaszcza zamiar projektanta zbudowania na wysokim bębnie strzelistej konstrukcji, pomyślanej jako iglica. W 1869 roku, kiedy budynek był w dużej mierze ukończony, gmina odmówiła wypłaty kolejnych środków, ponieważ koszty budowy przewyższyły przewidziane fundusze[1]. W 1878 roku budowę przejęło miasto[2]. W 1889 roku ukończono budowę pod kierunkiem inżyniera Costanza Antonellego, syna Alessandra[1]. Ostatnim elementem budowy była bardzo wysoka iglica, zbudowana na podstawie ośmiokąta, składająca się z serii elementów stożkowych i cylindrycznych, ułożonych na kształt piramidy, zwieńczonych następnie postacią skrzydlatego geniusza[3]. Około 1905 roku została wykonana dekoracja wnętrz pod kierunkiem architekta Annibale Rigotti. W zamyśle swego twórcy Mole z wysokością 167,5 m miała być najwyższym murowanym budynkiem w Europie. Konstrukcja została częściowo nadwerężona w wyniku trzęsienia ziemi w 1887 roku i uderzenia pioruna w 1904, który spowodował upadek posągu skrzydlatego geniusza, wieńczącego iglicę kopuły. W 1908 roku w Mole Antonelliana umieszczono muzeum włoskiego zjednoczenia (Museo Nazionale del Risorgimento Italiano), które istniało tam aż do lat trzydziestych XX wieku[1].

Wybuch bomby podczas nalotu z grudnia 1942 roku uszkodził okna i drzwi budynku; zerwane zostały niektóre płyty z dachu od strony via Riberi. Podczas nalotu z dnia 13 lipca 1943 roku na łukach parabolicznych galerii wybuchł pożar. W nalotach z sierpnia 1943 roku uszkodzone zostały okna i drzwi, a w nocy z 16 na 17 sierpnia bomba zapalająca przebiła kopułę, powodując pewne uszkodzenia[1].

W 1953 roku gwałtowny huragan strącił 47-metrową iglicę, którą przebudowano w 1961 roku wzmacniając ją od wewnątrz metalową konstrukcją. W 1961 roku, z okazji setnej rocznicy zjednoczenia Włoch zainstalowano wewnętrzną, panoramiczną windę, która prowadzi na platformę widokową, umieszczoną nad kopułą, na wysokości 85 metrów[4]. W 1999 roku odnowiono windę z kabiną wykonaną z przezroczystego kryształu, osiągającą platformę widokową w 59 sekund[2].

W 1996 roku Miasto Turyn odrestaurowało budynek przeznaczając go na siedzibę Narodowego Muzeum Kinematografii (Museo Nazionale del Cinema)[4]. Muzeum do nowej siedziby wprowadziło się w 2000 roku stając się jednym z najczęściej odwiedzanych muzeów we Włoszech, a sam budynek Mole Antonelliana – jednym z najbardziej znanych zabytków tego kraju. Pozostaje on wciąż najwyższym ceglanym budynkiem we Włoszech. Jego kontur został przedstawiony na 2-centowej monecie wybitej przez Republikę Włoską[1].

W 2002 roku przy okazji porządkowania systemu oświetlenia zewnętrznego i uruchomienia projektu „Luci d'Artista” z boku kopuły została zamontowana iluminacja w formie rzeźby autorstwa Mario Merza, zatytułowana „Il volo dei numeri” („Lot liczb”), którą tworzy początek ciągu Fibonacciego[2]. Kontur Mole Antonelliana posłużył do opracowania logo Zimowych Igrzysk Olimpijskich, zorganizowanych w 2006 roku w Turynie[5].