Istituita nel 1832 da Carlo Alberto per accogliere acquisti e donazioni provenienti da varie quadrerie reali, la pinacoteca viene ceduta allo Stato nel 1860. Recentemente riallestita, si caratterizza soprattutto per i dipinti di scuola piemontese, fiamminga e olandese. Sono otto i percorsi di visita: le scuole piemontesi dal XIV al XVI secolo, le scuole italiane dal XIV al XVI secolo, i primitivi fiamminghi, le collezioni del principe Eugenio, le collezioni dinastiche del Cinquecento, del Seicento e del Settecento, la raccolta dell'industriale Riccardo Guaino. Tra i numerosi capolavori si ricordano: la "Madonna in trono" di Duccio di Buoninsegna, "L'arcangelo Raffaele e Tobiolo" del Pollaiolo, la "Natività" di Luca Signorelli, "Le stigmate di san Francesco" di Jan van Eyck, il "Ritratto di vecchio" di Rembrandt van Rijn, "La cena in casa di Simone" di Veronese, l'"Annunciazione" di Gentileschi, "Il principe Tommaso di Savoia Carignano" di Van Dick.