Il 23 ottobre 1863, in una sala del castello del Valentino, viene fondato il Club Alpino Italiano.
Al Valentino sono riuniti in assemblea una quarantina di soci che approvano lo statuto del CAI e votano il primo consiglio di direzione. Si tratta, come afferma Massimo Mila, di «un piccolo mondo cittadino di personaggi autorevoli, gentiluomini, studiosi, professionisti, benestanti, che evadevano dalle costrizioni della vita di città percorrendo le Alpi, per lo più col pretesto di compiere studi geologici»^¹.
In una seconda seduta, il 30 ottobre, la direzione del CAI elegge presidente Ferdinando Perrone di San Martino, che però morirà l’anno successivo, lasciando così il posto a Bartolomeo Gastaldi, amico e compagno di studi di Sella.
Il CAI rimane al castello del Valentino per due anni, dopodiché compie numerosi spostamenti: nel 1865 si trasferisce in via Bogino 10, nel 1866 a palazzo Carignano, nel 1873 in via Carlo Alberto 43, nel 1873 in via Po 19, nel 1877 in via Carlo Alberto 21, nel 1880 in via Lagrange 13, nel 1885 in via Alfieri 9, nel 1903 in via Monte di Pietà 28, nel 1929 in via San Quintino 14. Il 5 marzo 1933 viene inaugurata la nuova sede di via Barbaroux 1, dove si trova attualmente il CAI.

Il 9 agosto 1874 la Sezione di Torino del CAI inaugura un chiosco al Monte dei Cappuccini, appositamente costruito dal Municipio di Torino e battezzato “Vedetta alpina” per la vista sulle Alpi, che costituisce il nucleo del futuro Museo della Montagna.
Nel 1877, grazie a una nuova intesa tra Città e CAI Torino, nasce la Stazione Alpina. La Vedetta e le prime sale per le collezioni trovano collocazione nelle sale dell’ex Convento di proprietà civica. Nel 1880 la struttura può già essere considerata un vero e proprio Museo con tanto di sale espositive, biblioteca e, naturalmente, “vedetta” con cannocchiale.
Il 17 maggio 1891 viene inaugurata la Palestra Ginnastico-ricreativa della Sezione di Torino, collegata con il Museo: vi si trovano sale per attività sportive e d’incontro e un ristorante. I lavori vengono completati nel 1893: il 15 giugno viene aperta l’Aula Maxima della Palestra, oggi nota come Sala degli Stemmi, affrescata dal pittore Ernesto Smeriglio.
Nel 1898 la Stazione diventa Museo Alpino: le raccolte e le attività si arricchirono progressivamente fino al 1939, quando la struttura viene chiusa per lavori.
Nel 1942, l’edificio del Monte dei Cappuccini, completamente ristrutturato dalla Città di Torino, accoglie il rinnovato Museo Nazionale della Montagna Duca degli Abruzzi. La struttura del CAI Torino, nonostante gli anni difficili e i danni della guerra, è ormai un’istituzione di valenza nazionale. L’edificio viene ristrutturato nuovamente nel 1978 e nel 2005, con un importante intervento di riallestimento del Museo Nazionale della Montagna. La vecchia Palestra attualmente ospita tutti i corsi di formazione e le attività del CAI Torino.