W 1666 roku książę Karol Emanuel II zaprosił do Turynu teatyna i architekta Guarino Guariniego i zlecił mu budowę nowego kościoła pod wezwaniem św. Wawrzyńca. Guarini zrewolucjonizował projekt swych poprzedników opierając go na planie koła. Podwyższył prezbiterium łącząc bezpośrednio budynek kaplicy z niektórymi komnatami Pałacu Królewskiego i apsydą katedry św. Jana Chrzciciela. Guarini na dworze księcia pozostał aż do 1681 pracując jako inżynier i matematyk. W prawie wszystkich dużych projektach architektonicznych zrealizowanych w Piemoncie w tym okresie widoczne są jego wpływy. Zbudował on kościół św. Wawrzyńca, kaplicę Świętego Całunu, Palazzo Carignano i kościół św. Filipa Neri.
Pożar w 1997 roku W nocy z 11 na12 kwietnia 1997 roku w Kaplicy Świętego Całunu wybuchł pożar. Płomienie zniszczyły kaplicę, a później przerzuciły się na wieżę północno-zachodniej części Pałacu Królewskiego, niszcząc kilkadziesiąt cennych obrazów. Dopiero nad ranem udało się strażakom ostatecznie ugasić ogień. Sam Całun nie ucierpiał, ponieważ znajdował się w specjalnej, ognioodpornej skrzyni, umieszczonej w prezbiterium katedry.