Posta a circa 700 m d'altezza, sulla collina di Superga, tra le colline torinesi, all'estremo est della città, si erge su tutta Torino come punto di riferimento urbano. Progetto commissionato dai Savoia, per celebrare la recente vittoria sulla Francia.

Struttura a pianta centrale. All'esterno, dinanzi all'ingresso è presente un Pronao classicheggiante, perché si rifà al Pantheon, di forma quadrata, di 8 colonne corinzie a fusto liscio, e preceduto da delle scale. l'altare maggiore si trova nel braccio superiore, e al centro, in corrispondenza della crociera, si erge la cupola, su un tamburo ottagonale, e di stile michelangiolesco, dunque rinascimentale, molto simile a quella della basilica di San Pietro, slanciata e monumentale, e non leggera e sottile come tipico del Rococò. La differenza consiste principalmente nella verticalità, più evidente nel primo caso, che presenta anche delle finestre. Il mausoleo reale, raggiungibile con una scala interna, custodisce le tombe monumentali di re e duchi della famiglia.

Il simbolo sulla sfera blu dell'altare corrisponde a una M e una A intrecciate, sta per "Ave Maria", con raggi di luce e corona regale.

La basilica è inglobata dal retrostante convento, e affiancata da due campanili identici un po' arretrati. Il convento presenta un ampio chiostro rettangolare, porticato sui quattro lati. I campanili barocchi, a pianta quadrata e tamburi ottagonali, molto decorati, slanciati, e con contrasti di luci e ombre delle cornici sporgenti. L'architetto si rifà a Borromini costruendo dei tamburi poligonali, e non circolari, e alleggerendo i campanili con colonnine e pinnacoli.

Sull'altare maggiore è raffigurata la scena della battaglia dei Savoia, in cui Vittorio Amedeo II compie un voto sacro, fondamentale per la vittoria a quanto pare.

Juvarra riesce a combinare il pronao classicheggiante alla cupola rinascimentale, e ai campanili barocchi di ispirazione borrominiana, ottenendo un effetto incredibilmente scenografico. Si può notare un continuo e armonioso alternarsi di superfici murarie curve (ad esempio il tamburo della cupola, scandito da 8 finestroni centinati) e piane. Ci sono poi superfici piane che presentano spazi semiaperti, come il pronao colonnato, o compattamente murati come le pareti laterali del convento.

L'architetto ha puntato anche a suscitare una sensazione di ascensione al paradiso, obiettivo tipico di molte basiliche.

L'ossidazione, l'invecchiamento dei materiali, il fumo delle candele, l'umidità e qualche operazione di restauro hanno reso i colori molto più scuri, tendenti al grigio e al bianco.

Al tempo l'altare era pieno di colori. Fortunatamente, si sono conservate le statuette angeliche e i motivi floreali in rilievo sulla cupola.

Secondo una leggenda esisterebbero cunicoli segreti, al di sotto della basilica, per raggiungere punti strategici di Torino, usati in passato per muovere truppe o fuggire. Non ancora verificati del tutto.