Dagli anni Quaranta dell’Ottocento si cercano soluzioni alternative al vetusto ospedale nei pressi dell’Accademia Albertina. Già nel 1844 il re Carlo Alberto (1798-1849) bandisce un concorso per il progetto di un nuovo ospedale militare, che, però, non è realizzato; viene adeguato ed ampliato l’antico convento di Santa Croce. Il complesso religioso è voluto dal re Vittorio Amedeo II (1666-1723) per le Canonichesse Lateranensi a fine Seicento. La chiesa viene realizzata su disegni attribuibili all’architetto Filippo Juvarra (1678-1736) fra il 1718 ed il 1730, il campanile è progettato dall’architetto Giovanni Battista Borra (1713-1786) e la facciata viene ultimata solo a fine Ottocento.

Il progetto di “conversione” dell’edificio religioso è opera dell’ingegnere Giovanni Castellazzi (1824-1876 generale del Genio Militare), autore anche del disegno della caserma Cernaia. «La trasformazione dell’ex convento in Ospedale Militare Divisionario di Torino incominciata nel 1856 si concluse già nel 1858 cosicché la struttura fu in grado di assolvere i fini sanitari disponendo di 400 posti letto per i militari e dodici per gli ufficiali. La previsione cavouriana (Camillo Benso conte di Cavour, 1810-1861) durò fino al 1914 quando, il rosso edificio di via Santa Croce, dopo oltre cinquant’anni di servizio, lasciava definitivamente il testimone alla nuovissima struttura realizzata in corso Vinzaglio 196, oggi corso IV Novembre (Cadeddu, pp. 111-112).

Durante il bombardamento notturno dell’8 agosto 1943 (durato dalle 0.55 alle 1.15) ad opera della RAF, la chiesa di Santa Croce fu colpita riportando lievi danni: si registra solo il sinistramento del cupolino centrale della chiesa.