La residenza sabauda del Valentino deriva da più fasi progettuali, a partire dalla metà del Cinquecento; dopo un iter complesso di vendite e permute pervenne in dono, da parte del duca Carlo Emanuele I, alla giovane nuora Cristina di Francia, che avviò dal 1621 una radicale ristrutturazione della residenza fluviale secondo il modello francese a pavillon-système (progetto di Carlo di Castellamonte, 1621-1641), con la definizione delle torri verso il fiume, della manica aulica, dei tetti "alla francese".
Le torri anteriori e le originarie maniche di collegamento sono dovute ad Amedeo di Castellamonte (dal 1641). Il progetto complessivo è testimoniato nelle due incisioni del Theatrum Sabaudiae (1682).
L'edificio, che aveva perso già nel Settecento il ruolo aulico di residenza extraurbana, fu ricostruito e ampliato nelle maniche di collegamento tra le torri per ospitare nel 1858 l'Esposizione dell'Industria; nel 1859 fu ceduto alla Regia Scuola di Applicazione per gli Ingegneri ed è ora proprietà del Politecnico.