Il Regno di Sardegna fu l’unico tra gli stati italiani preunitari a mettere in atto un compiuto progetto di investimenti nelle infrastrutture ferroviarie. Nel 1853 entrò in funzione la linea Torino-Genova, che arrivava in città presso Porta Nuova, mentre erano da poco stati avviati i lavori della linea per Novara. La «Società anonima della strada ferrata da Torino a Novara», infatti, era stata costituita nel 1851 con l’apporto dello Stato e delle amministrazioni locali e nel maggio 1855 venne inaugurato il primo tratto da Novara alle porte di Torino (89 km). Il motivo del ritardo nella conclusione dei lavori erano state le lunghe discussioni circa l’ubicazione della stazione di arrivo. I tre principali progetti riguardavano Porta Palazzo, la zona di Valdocco e i terreni della Cittadella, allora esterni alla città, sui quali ricadde la scelta. La stazione di Porta Susa, edificio  di impostazione eclettico-classicista progettato da Carlo Promis, l’edificio, pur di proporzioni modeste, spicca per la sua collocazione a chiusura della prospettiva di via Cernaia e per la sua vicinanza con la centralissima piazza Statuto. Originariamente progettata come stazione di testa, divenne presto stazione di transito, quando la linea si estese fino a Milano, dopo le annessioni seguite alla seconda guerra d’Indipendenza.

Con la costruzione della Nuova Stazione di Porta Susa, inaugurata il 14 gennaio 2013, questa stazione non svolge più le sue funzioni.

Dal 12 dicembre 2015, l'edificio - dismesso con l’arrivo dell’alta velocità e sostituito nelle sue funzioni dalla nuova stazione di Porta Susa - vede la conclusione degli interventi di riqualificazione; l'edificio cambia dunque destinazione d'uso, ospitando, fino a settembre del 2016, il Mercato Metropolitano, dedicato alla gastronomia di qualità, sull'esempio del mercato di Porta Genova di Milano (1). Nel 2017 Ferrovie dello Stato mette in vendita un'area di oltre 5.000 metri quadrati comprendenti anche la vecchia stazione di Porta Susa, la destinazione d'uso è per la maggior parte Terziario (2).