El complejo fue construido por orden de Emanuele Filiberto di Savoia-Carignano, conocido como «il Muto», quien encargó la obra al arquitecto Guarino Guarini diseñara una residencia adecuada para su hogar y la casa de cadetes de la reinante Casa de Saboya. Los trabajos comenzaron en 1679, bajo la dirección del colaborador Gian Francesco Baroncelli. 

Guarini diseñó la estructura en forma de cuadrado, con una fachada este recta y sobria y una fachada elíptica en el oeste. Guarini también agregó una explanada en el centro del palacio. La construcción se inició en 1679.

Los ladrillos perfectamente alisados ​​y enlechados con mortero de polvo de terracota se vuelven como plástico y material moldeable. Las decoraciones de la fachada del piso principal, también en terracota, muestran referencias a las aventuras y hazañas de la familia Carignano.

El gran friso decorativo de la fachada principal con la inscripción QVI NACQVE VITTORIO EMANVELE II fue añadido en 1884 por Carlos Ceppi, respetando el estilo barroco con ladrillo visto.

Entre los frescos se encuentran algunos de Stefano Legnani, llamados il Legnanino. La escalera principal está decorada con bustos de Pietro Somazzi.

Era la fachada interna del edificio en el momento en que fue la residencia Saboya. Con vistas al jardín interno, que hoy es la Piazza Carlo Alberto, el palacio estaba conectado por muros circundantes a la estructura opuesta de los establos, que ahora alberga la Biblioteca Nacional.

En la monumental fachada principal, la elipse se distingue porque hace el espacio sinuosamente, haciendo un efecto magnífico, ya que la fachada alterna secciones cóncavas con partes convexas, en una configuración quizás atribuible a los proyectos de Gian Lorenzo Bernini para el palacio del Louvre y el castillo de Vaux. -le-Vicomte. Desde el patio interior, sin embargo, destaca el cuerpo elíptico entre las alas laterales, superando en altura.

Fachada trasera
 Durante las obras de ampliación realizadas entre 1864 y 1871 se construyó la fachada trasera, a partir de un proyecto de Domenico Ferri, Giuseppe Bollati y en un estilo ecléctico pseudorrenacentista, con piedra blanca y estuco rosa enriquecido con suntuosas pilastras y columnas, pórtico en la planta baja y rematada por una balaustrada en la parte superior levantada en el centro. 

El edificio da a la plaza del mismo nombre y con la fachada lateral del Palazzo dell’Accademia delle Scienze y la imponente parte trasera de la iglesia de San Filippo Neri crea un unicum arquitectónico de extraordinario valor.

Arquitecto, tratadista, filósofo y matemático italiano. Nace en Módena en 1624 y muere en Milán en 1683. Pertenece a la orden de los Teatinos, permaneciendo en Roma durante los años de su noviciado, de 1639 a 1647. En esta ciudad conoce la obra de Borromini. Después de una corta estancia en Módena, inicia una serie de viajes al servicio de su orden, dedicándose a la enseñanza de las matemáticas, la filosofía y proyectando edificios religiosos.

Su obra se desarrolla fundamentalmente en Piamonte, donde trabaja bajo la protección de los Saboya, como profesor de matemáticas. Su estilo se caracteriza por la inspiración romana y por la reelaboración de la obra de Borromini. Entre 1660 y 1662 realiza la Iglesia de San Filippo en Messina, destruida en el terremoto de 1908. También en Messina realiza la iglesia de los Padres Somaschi.

En 1662 a 1665, se encuentra en París donde realiza el proyecto para Sainte Anne-la-Royale, hoy desaparecida. En 1666 es llamado a Turín, donde permanece hasta 1681 y donde realiza la Inmaculada Concepción. En Praga, 1679, realiza el proyecto para Santa María Ettinga, basada en una sucesión de espacios centralizados. En Lisboa realiza Santa María de la Providencia. Su último proyecto fue Palacio Carignano en 1679.

La obra de Guarino fue trascendental en la evolución del barroco entre el siglo XVII y XVIII. Su arquitectura es matemática y fantástica, y es una buena expresión del poder absoluto.

San Lorenzo, Turín (1667 – 1679): la planta parte de un cuadrado cubierto por una cúpula sobre pechinas que cargan sobre capillas, que sobresalen llenando los ángulos del cuadrado y combinan lo cóncavo y lo convexo. Con este juego de capillas el espacio cuadrado se convierte en ondulado. La cúpula está formada por arcos de medio punto entrecruzados, que forman un cimborrio octogonal.

La pieta trionfante, Messina (1660)

Placita philosophica, París (1665)

Modo di misurare le fabbriche, Turín (1674)

Compendio della sfera celeste, Turín (1675)

Euclides adauctus, Turín (1676)

Trattato di fortificazione, che hora si usa in Fiandra, Francia et Italia, Turín (1676)

Leges temporum et planetarum, Turín (1678)

Coelestis mathematicae, Milán (1683)

Disegni d’ architettura civile ed ecclesiastica di Guarino Guarini e l’ arte del maestro, Turín (1686): publicada tres años después de su muerte, recoge una compilación de láminas con sus ilustraciones de los órdenes arquitectónicos y reproducciones de sus obras.

Architettura civile, Turín (1737): publicada por Bernardo Vittone.

Diseñó escenarios extraordinarios en los que "hizo tangible la infinidad del espacio repitiendo formas; y lo reiteró aún más al convertir las cúpulas en estructuras libres y abiertas.

Sobre una rotonda enteramente de mármol negro, con arcos y pilares de hermosas y grandes proporciones, se eleva la cúpula con zonas hexagonales superpuestas y alternas, ligera y fantástica como en los templos indios; Alcanzado una cierta altura, la parte interna converge rápidamente, y todo está atravesado por luces triangulares, hasta que el espacio, estrechado, se cierra con una estrella tallada que deja ver a través de sus compartimentos otro tiempo en el que está pintado el Santo Espíritu en gloria .

Entre las costillas se muestran líneas suavemente orientalizantes que dibujan numerosas aberturas en semicírculo, hasta la parte terminal de la cúpula, un pequeño tambor circular con ventanas y prolongado con una estructura de telescopio. 

La cúpula está diseñada para parecer más alta, gracias a una ilusión óptica.

En el interior se concreta el genio barroco de Guarini: a los lados del altar mayor de la catedral hay dos portales de mármol negro que presentan dos oscuras escalinatas con bajos escalones semicirculares.