La chiesa è frutto del voto fatto nel 1557 da Emanuele Filiberto in occasione della vittoria nella battaglia di San Quintino, svoltasi il 10 agosto (San Lorenzo) contro i francesi; tuttavia solo nel 1634 i padri teatini si fanno carico della costruzione, su un lotto appositamente ceduto dal duca. Dalla presa in carico alla costruzione passano tuttavia ancora diversi anni e solo con l’arrivo a Torino di Guarino Guarini (a sua volta teatino), nel 1666, il cantiere prende avvio. Preceduta dall’Oratorio dell’Addolorata, quasi un nartece, realizzato da Antonio Dupuy nel 1846, la chiesa ha impianto centrale, con quattro cappelle radiali, alto tamburo, e copertura con cupola composta su di uno scheletro di 16 fascioni tra loro incrociati, straordinaria composizione statica tipica di Guarini. Tra le fasce intrecciate si aprono ampi finestroni che inondano di luce l’ambiente.