Il monumentale complesso architettonico, ammirabile in tutta la sua grandiosità dall'ampio piazzale antistante, rivela le diverse fasi costruttive succedutesi nell'arco di oltre due secoli.
I lavori intorno alla facciata centrale infatti furono portati a termine nel 1832; mentre nel 1891, alla presenza del re, fu inaugurata l'ultima serie di lavori e ritocchi.
Al centro della piazza la statua del Duca Carlo Emanuele I di Savoia, inaugurata nel 1891 in onore di chi più di altri volle la costruzione del grande tempio.
La parte inferiore dell'imponente costruzione, iniziata nel 1596 dall'architetto Ascanio Vitozzi, presenta le caratteristiche tardo rinascimentali.
In alto l'imponente tamburo che sorregge la cupola ellittica, opera dell'architetto Francesco Gallo fu costruito attorno al 1710 e si erge imperioso a definire il corpo centrale della splendida costruzione.
La tessitura in mattoni consente effetti di elegante severità nelle forme alte e slanciate, marcate plasticamente dai possenti contrafforti.
L'enorme cupola "ovata"(in forma ellittica) fu armata e costruita dal Gallo e voltata in soli 5 mesi (dal giugno all'ottobre del 1731).
L'ardito cupolino fu terminato nel 1733.
Non sfugge all'attento osservatore la diversità di stile che definisce i quattro campanili (completati, ristrutturati e decorati alla fine dell'Ottocento).