L’edificazione dell’Arsenale, approvata il 23 agosto 1736 da Carlo Emanuele III, prese avvio due anni dopo sotto la direzione del capitano di Artiglieria Antonio Felice De Vincenti. Realizzato in un isolato periferico, a ridosso del fronte bastionato meridionale e non lontano dalla Cittadella, il complesso fu impostato secondo un impianto quadrilatero. Esso inglobò, inizialmente, la fonderia realizzata a partire dal 1659 su progetto di Carlo Morello in sostituzione di quella esistente in piazza Castello e risentì di due progetti di Filippo Juvarra (del 1728 e del 1730 circa) che, recuperando l’ingresso realizzato da Amedeo di Castellamonte verso il 1677, già prevedevano per il complesso uno sviluppo a corte chiusa e un impianto distributivo giocato sulle diagonali.
Avviati nel 1732, i lavori si interruppero bruscamente nel 1736, per riprendere nel 1738. De Vincenti rispettò, nella sostanza, il secondo progetto juvarriano; tuttavia, la scelta di realizzare il complesso “a prova”, implicò la ricostruzione di tutti gli edifici sino ad allora realizzati. Il cantiere, tra sospensioni e riprese, entrò nel vivo nel 1769, per concludersi nel 1783. Già dagli anni Cinquanta, comunque, iniziò l’attività di fusione dei cannoni e furono allestiti i laboratori di chimica e metallurgia. L’ingresso monumentale fu ultimato solo nel 1890 dal capitano del Genio Emilio Marrullier.

Il complesso dell’Arsenale si sviluppa su tre piani, scanditi da un ordine gigante di lesene doriche fasciate e binate che reggono una trabeazione anch’essa dorica, con triglifi nel fregio, e poggiano su un altro basamento bugnato, sviluppato per l’altezza del piano terreno dell’edificio. L’aspetto severo e “maschio” che ne risulta, d’obbligo per un’architettura militare, è rimarcato dalla presenza di otto padiglioni, collocati in corrispondenza degli angoli e in mezzeria delle quattro maniche, più elevati e leggermente sporgenti rispetto al filo di fabbricazione del complesso. In corrispondenza dell’angolo tra le vie dell’Arcivescovado e dell’Arsenale è posto l’ingresso monumentale, di gusto eclettico e dominato dalle statue che rappresentano le armi del Genio e dell’Artiglieria, che introduce a un atrio ottagonale e al sistema principale di scale.
Il complesso ha ospitato le Regie Scuole teoriche e pratiche di Artiglieria e Fortificazione, lì trasferite prima del 1781, il Museo di Artiglieria, le cui collezioni furono trasportate nel Mastio della Cittadella nel 1893, e il Laboratorio di precisione, istituito nel 1861 per verificare l’accuratezza dei calibri e sperimentare nuove armi. Danneggiato dai bombardamenti nel 1942-1943 e restaurato, l’Arsenale divenne quindi sede della Scuola d’Applicazione di Artiglieria e Genio Militare. Oggi ospita la Scuola di Applicazione e Istituto di Studi militari dell’Esercito Italiano.

Il Palazzo dell'ex Arsenale militare venne colpito in più occasioni durante il secondo conflitto mondiale. Bombe dirompenti e incendiarie danneggiarono gravemente i locali della scuola di guerra, causando la distruzione totale della copertura del tetto del primo, secondo e terzo piano. La palestra ed i magazzini furono sinistrati in modo più lieve. Le schede di censimento dei danni compilate dalla Divisione Urbanistica e Statistica della città di Torino riportano come date di sinistro i bombardamenti dell'11 e del 18 novembre 1942, mentre le didascalie delle immagini UPA citano l'8-9 dicembre 1942 e il 13 luglio1943.