Lors du siège de Turin par l'armée française de Louis XIV lors de la Guerre de Succession d'Espagne, les princes Victor-Amédée II et Eugène de Savoie montent sur la colline de Superga le 2 septembre 1706 pour observer le théâtre des opérations. Ils font alors le vœu d'élever un lieu de culte dédié à la Vierge Marie en ce lieu, à la suite de la victoire des armées piémontaises et autrichiennes.

La ville de Turin ayant été libérée lors de ce siège, Victor-Amédée II tint sa promesse et les travaux furent confiés à l'architecte italien Filippo Juvarra ( 1678-1736).

Les travaux débutent le 20 juillet 1717. Tout au long de la période de construction, les matériaux sont acheminés sur la colline à dos d'âne sur un très mauvais chemin pierreux, et de grandes quantités de terre sont déplacées pour créer un terrain plat pouvant accueillir la basilique. Celle-ci, inachevée, est inaugurée le 1^er novembre 1731 par Charles-Emmanuel III ( le roi de Savoie). Elle est une des œuvres les plus importantes de Filippo Juvarra, un chef-d'œuvre de l'architecture baroque. Un escalier monumental mène à un grand portique soutenu par huit colonnes corinthiennes d'inspiration classique (Panthéon de Rome). La basilique est surmontée d'un dôme de style baroque de 65 mètres de haut, entouré de deux belles tours symétriques. Le bâtiment mesure 51 mètres de profondeur et 34 mètres de largeur. La basilique est dotée également d'une crypte devant accueillir les dépouilles des princes de la maison de Savoie.

En 1800 (an VII de la République Française), il a été proposé de transformer l'église en « Temple de la reconnaissance ». Les tombeaux des membres de la Maison de Savoie devaient être transférés dans un autre lieu pour faire place aux cendres de Jacobins morts pour le Piémont. Mais ce projet est resté sans suite.

En 1884, un funiculaire est ouvert pour relier le sommet de la colline de Superga avec le quartier de Sassi à Turin. La ligne, d'environ 3,1 km de long a été électrifiée et transformée en train à crémaillère en 1934. La ligne est toujours en activité avec le matériel roulant de 1934 (pour la locomotive) et 1884 (pour les voitures).

L'arrière de la basilique a été affectée par une catastrophe aérienne, le 4 mai 1949, lorsqu'un avion en provenance de Lisbonne a percuté un mur de soutien à l'arrière de la basilique. Il transportait l'équipe et les entraîneurs du Torino Football Club, ainsi que des journalistes et des dirigeants qui l'accompagnaient. Avec les membres d'équipage, ce sont trente et une personnes à bord de l'appareil qui furent tuées.