Progettata nel 1584 da Ascanio Vitozzi, la piazza s'estende su una superficie di circa 40.000 metri quadrati, ed è circondata per tre lati su quattro da monumentali portici, costruiti in periodi differenti. Quelli adiacenti a Via Garibaldi, i più antichi, furono eretti su disegni del Vitozzi stesso; quelli sui lati di Via Po e il Giardino Reale risalgono invece al regno di Carlo Emanuele III di Savoia, ovvero alla metà del XVIII secolo. Solo al 1830 è da porre la prima lastricazione dei porticati e, quindi, della piazza, che prima era lasciata a ciottolato.

I portici di ponente furono denominati, fino almeno alla metà dell'Ottocento, con il nomignolo di Portici della Fiera: in questi luoghi, infatti, si tenevano due importanti fiere torinesi, una in occasione del carnevale, l'altra in prossimità dell'Ostensione del Sacro Linteo, che era reso oggetto di venerazione da parte dei fedeli da un porticato, oggi scomparso, adiacente a Palazzo Reale e a Palazzo Madama.

Grave rischio corsero gli edifici della piazza durante l'occupazione Napoleonica: qualcuno suggerì agli ingegneri dell'Imperatore di radere al suolo il castello e Palazzo Madama per destinare il luogo a Campo di Marte! Fortuna volle che Napoleone considerò folle il progetto e i monumenti furono preservati.

Sulla piazza, infatti, s'affacciano, oltre a Palazzo Reale e, al suo centro, Palazzo Madama, il Teatro Regio, il Palazzo della Giunta Regionale, l'Armeria Reale, il Palazzo del Governo (ora sede della Prefettura), la Biblioteca Reale, l'Archivio di Stato, la Chiesa di San Lorenzo. Gli edifici, eretti nel corso dei secoli, offrono uno spaccato della storia torinese: un esempio per tutti, il Palazzo Madama, il cui nome vero sarebbe Casaforte di Casa Acaia, s'erge sulle rovine dell'antica porta romana, poi trasformata in castello, e che fu sede, infine, del Senato Subalpino.

La piazza è stata oggetto di una riqualificazione che ne ha reso pedonale una porzione consistente nel 2000.

Nel 2005, la piazza ha ospitato la prima tappa del Festivalbar.

Durante le XX Olimpiadi Invernali e i IX Giochi Paralimpici invernali è stata rinominata Medals Plaza (la Piazza delle Medaglie).