La Congregazione del Santo Sudario (fondata a Torino nel 1598 e attiva ancora oggi), nel 1728 istituì l'Ospedale psichiatrico dei Pazzerelli e, tra il 1734 e il 1764, fece edificare la chiesa vicino all'Ospedale.

Il progetto della chiesa venne affidato a Ignazio Mazzone, architetto e confratello, mentre la facciata venne affidata a Giovanni Battista Borra.

La chiesa, a navata unica, ha una volta a botte affrescata con il tema della "Trasfigurazione" da Michele Antonio Milocco.

Una copia della Sindone a grandezza naturale si trova sotto l’altare maggiore, che contiene la pala anch'essa opera di Milocco.

La cripta della chiesa ospita il Museo della Sindone e l'accesso è inserito nel percorso di visita del Museo.

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