Il grande palazzo al centro della piazza riassume nelle lunghe vicende costruttive la storia stessa della città. Incorpora infatti i resti di un'antica porta romana, la Porta Decumana, inglobata nel XIII secolo da Guglielmo VII del Monferrato in una casaforte, posta a difesa del suo dominio. Da questa fortificazione i Savoia trassero nel XV secolo l’attuale castello, adattato poi nel Seicento, con torri angolari e bifore, a residenza cittadina di Cristina di Francia, detta Madame Royale, vedova di Vittorio Amedeo I e reggente di Carlo Emanuele II. All’inizio del Settecento Filippo Juvarra edificò per un’altra Madama Reale, Giovanna Battista di Savoia-Nemours, la scenografica facciata con lo scalone interno, parte di un più grande progetto mai eseguito. Il palazzo è oggi sede del Museo civico di Arte antica*, che raccoglie oggetti d'arte soprattutto piemontese, dal principio del medioevo al secolo XIX: sculture, intagli lignei; dipinti, libri miniati (le Très belles Heures del Duca di Berry**, con decorazione di Jan van Eyck e dalla sua scuola); mobili*. Al primo piano si trova l'appartamento di gala, usato come sale di rappresentanza del Comune di Torino.