La chiesa fu progettata e costruita tra il 1867 e il 1869 dall’ing. Simonetta di Rivoli su pianta a croce latina che ospita una vasta navata centrale fiancheggiata da otto cappelle laterali. Il progetto trasse ispirazione dallo schema planimetrico della chiesa di S. Andrea della Valle in Roma.
La facciata neogoticheggiante, opera dell'ing. Enrico Ruffoni, fu inaugurata dal cardinal Richelmy, arcivescovo di Torino, nel 1906. La chiesa ebbe una prima decorazione nel 1874. Di essa non rimane traccia nei documenti, se non che fu ritenuta di scarso pregio perché affidata all'artista Adolfo Barberis che si sbizzarrì in un progetto eccessivamente ambizioso. Di tale decorazione nulla venne conservato nel suo rifacimento risalente al 1923. Riguardo all’attuale decorazione, uno studio degli anni Cinquanta recita: “Lo stile della decorazione è unico in Torino e merita speciale menzione ed attenzione per l’innovazione che porta nell’arte decorativa religiosa. L'artista ha voluto svolgere con la pittura il tema dell'Immacolata Concezione di Maria, a cui la chiesa è dedicata. È, si può dire, una tesi dipinta. Come la Chiesa fa parlare i suoi riti, qui tutta la decorazione fa un discorso ordinato e chiaro sul titolo della Chiesa”.
Purtroppo la mancanza di fondi costrinse a ricorrere a materiali non sempre adeguati all'ambizioso progetto. La povertà delle soluzioni nei materiali usati e l'impossibilità di provvedere ad adeguati e tempestivi interventi di manutenzione provocarono un progressivo e inevitabile stato di grave degrado. Le grandi opere di ristrutturazione eseguite tra il 1998 ed il 2002, grazie all’impegno e alla generosità di molti, hanno restituito alla chiesa l’antico splendore. Nel 2022 si è provveduto ad un’ulteriore opera di ristrutturazione della facciata esterna.
Nella volta principale si trova un grande medaglione ellittico in cui sono raffigurate la lotta dello spirito del male contro l'innocenza e il trionfo della virtù sul vizio. Attorno, tra i grandi finestroni, sono rappresentati in sequenza i simboli dei vizi che conducono alla corruzione e quelli delle virtù che corroborano la castità.
Nella lanterna della cupola che sovrasta il transetto, decorata da una vetrata a trompe l'oeil, è raffigurata la Madre di Dio, Madonna Regina con in braccio il Bambino Pantocrator, con il mondo sormontato dalla croce e attorno una corona di otto angeli esultanti.
Sulla cupola fanno corona alcuni personaggi antichi e moderni che interpretano il versetto del Magnificat: “Tutte le generazioni mi chiameranno beata”.
Sulle volte laterali del transetto campeggiano le figure di Ester e di Giuditta che rappresentano la fortezza e la mediazione, virtù eminenti di Maria.
In alto, sulla parete emiciclica dell'abside, in una nicchia cinquecentesca, domina una grande statua dell'Immacolata, opera di Caccia di Milano, che tiene in braccio un fascio di gigli e ne offre uno ai fedeli.
Il presbiterio corona tutto il progetto pittorico, facendo dell'Eucaristia la sorgente a cui tutti attingono buoni e cattivi, simboleggiati da soggetti tratti dai bestiari, ma con esiti ben diversi.
Navate e transetto sono arricchiti da 32 capitelli corinzi fogliati in stucco dorato. A lato dei capitelli, vi sono 32 medaglioni raffiguranti papi, martiri e santi. Di notevole effetto è il grande rosone ad emiciclo, con vetri decorati.
Tutta la decorazione è abbracciata da una fascia perimetrale lunga 150 metri posta sotto il cornicione, che riporta per intero il testo del Magnificat.