Budowę pałacu zleciła po 1645 roku regentka Sabaudii, Krystyna Maria Burbon, która zapragnęła mieć reprezentacyjną rezydencję dla swego dworu. Pałac miał stanowić połączenie z innymi budynkami, istniejącymi w okolicy i będącymi siedzibą dworu. Wcześniej na jego miejscu stał pałac biskupi. Pałac został zaprojektowany przez nieznanego architekta, ale pierwszy projekt prawdopodobnie wykonał Amedeo di Castellamonte, autor fasady. Prace wykończeniowe i dekoracja wnętrz kontynuowane były przez kolejnych władców: Wiktora Amadeusza II, Karola Emanuela III i Wiktora Amadeusza III. Budowę pałacu ukończono w 1800 roku. W 1663 roku, z okazji ślubu Karola Emanuela II z Franciszką Magdaleną Orleańską ukończono korpus główny pałacu oraz jego fasadę. W 1694 roku ukończono budowę kaplicy Świętego Całunu, zaprojektowanej w 1668 roku Guarino Guarini jako element łączący od strony zachodniej pałac królewski z katedrą turyńską. W 1697 roku francuski architekt krajobrazu André Le Nôtre zaprojektował klomby kwiatowe. W 1720 roku z okazji ślubu Karola Emanuela III z Anną Wittelsbach Filippo Juvara zaprojektował ogromne schody zwane „scala delle forbici” („schody nożyczek”), łączące pierwsze i drugie piętro. Nazwa pochodzi od ozdobnego motywu, umieszczonego na drugim piętrze, będącego odpowiedzią artysty na plotki kurtyzan, nie wierzących w możliwość zbudowania takich schodów. W XIX wieku król Karol Abert zlecił architektowi Palagio Palagiemu przebudowę pałacu w stylu neoklasycznym[1].

W 1946 roku Pałac Królewski został przejęty przez państwo włoskie i przeznaczony na muzeum dynastii sabaudzkiej[2].

W 1997 roku Pałac Królewski wraz z innymi rezydencjami królewskimi dynastii sabaudzkiej został wpisany na listę światowego dziedzictwa UNESCO[3].