Allo scadere del XV secolo il vescovo Domenico della Rovere ordinò l’edificazione del Duomo Nuovo in forme rinascimentali affidandone il progetto a Bartolomeo di Francesco di Settignano, detto Meo del Caprina: i lavori ebbero inizio nel 1491 e si protrassero fino alla consacrazione (1505); è questo uno dei pochi edifici torinesi dotati di caratteri spiccatamente rinascimentali. Nel 1513 Torino divenne sede arcivescovile.

Nel 1538 il Piemonte sabaudo fu annesso al Regno di Francia e nel 1539 Francesco I istituì a Torino un Parlamento e la Corte dei Conti. Sotto i Francesi la città conobbe un ulteriore impulso economico e demografico e mantenne il primato politico e amministrativo in Piemonte, favorito dalla posizione viaria che comportò lo sviluppo del sistema ricettivo: in questo periodo sono documentate oltre cinquanta strutture, alberghi e taverne, tra cui l’albergo della Corona Grossa.

Dopo il trasferimento della capitale da Chambery a Torino nel 1563, i duchi Emanuele Filiberto (1563-1580), prima, e Carlo Emanuele I (1580-1630), poi, si dedicarono alla fortificazione della città. Emanuele Filiberto scelse di porre la nuova Cittadella e la residenza ducale ai vertici opposti dell’antico castrum romano; il duca favorì, inoltre, gli ordini religiosi, consolidando l’alleanza con i Gesuiti con la costruzione della chiesa dei Santi Martiri, progettata secondo i caratteri del manierismo controriformista. Carlo Emanuele I si dedicò al progetto della nuova città civile, che inglobasse entro un circuito murario a forma di mandorla la città romana e medievale, triplicandone le dimensioni. L’immagine del buon governo del sovrano si espresse su più fronti, tra cui la costruzione del santuario dedicato alla Sindone e  della chiesa di Santa Maria al Monte dei Cappuccini (avviata nel 1583 e ultimata solo molti anni più tardi). Il duca istituì, inoltre, nel 1584, un concorso per l’edificazione del nuovo palazzo ducale, realizzato di fatto solo a partire dal 1643.