Torino fu la prima città italiana che promosse una raccolta pubblica di arte moderna come parte costitutiva del proprio Museo Civico, aperto nel 1863. Le collezioni furono conservate dapprima insieme alle raccolte di arte antica in un edifi cio presso la Mole Antonelliana. Nel 1895 furono trasferite in un padiglione prospiciente corso Siccardi (ora Galileo Ferraris), costruito anni prima per una mostra d'arte, e qui rimasero fino al 1942. Distrutto tale padiglione durante la seconda guerra mondiale, sul medesimo sito sorse l'attuale edificio progettato da Carlo Bassi e Goffredo Boschetti, che si inaugurò nel 1959. Resosi inagibile all'inizio degli anni Ottanta, l'edificio è stato riaperto al pubblico nel 1993 dopo un profondo rinnovamento. Gli interventi ne hanno ampliato la superficie espositiva, lo hanno dotato di impiantistica moderna e lo hanno reso accessibile in ogni sua parte ai disabili. Dal 2003 fa parte della Fondazione Torino Musei.

L'edificio, costruito nel 1891, che custodiva  dal 1895 le raccolte di arte moderna dei musei civici torinesi, in via Magenta / corso Galileo Ferraris 32, fu colpito il 18 e il 28 novembre 1942 da bombe dirompenti e incendiarie che causarono la distruzione completa del tetto del salone centrale principale; per la parte rimanente dell'edificio si registrarono il distacco della copertura del tetto, schiantamento degli infissi, lesioni a volte e tramezzi. Sulla stessa area enne ricostruita la galleria.

Gli architetti Carlo Bassi e Goffredo Boschetti sono gli autori della nuova sede della Galleria d’Arte Moderna, che dal 1959 sostituisce il precedente museo realizzato nel 1880 sullo stesso lotto, tra corso Galileo Ferraris, via Magenta, via Fanti e via Vela, distrutto nel corso della seconda guerra mondiale. Il progetto, vincitore del concorso nazionale bandito nel 1951, imposta il volume della galleria diagonalmente rispetto al fronte sul corso e ne definisce l’allestimento interno secondo le più avanzate tecniche museografiche. Pianta libera, sapiente uso della luce filtrata e naturale (resa possibile grazie allo sviluppo planimetrico secondo l’asse eliotermico, diagonale rispetto alla maglia ortogonale dell’isolato), neutralità degli spazi per favorire l’osservazione dell’opera d’arte, sono tra le principali qualità dell’edificio, che si sviluppa in altezza attraverso tre volumi giustapposti. Tra 1989 e 1993 la galleria viene sottoposta a un profondo intervento di ristrutturazione, che muta sensibilmente i caratteri del progetto originario. La cancellata che circonda l’edificio è opera dell’artista Enrico Paolucci.