La Cattedrale di Sant'Eusebio fu eretta come basilica cimiteriale probabilmente dallo stesso Eusebio e ricostruita una prima volta a partire dal sec. V: di questa fase ricostruttiva resta solo il campanile medievale (sec. XII).
Una seconda ricostruzione, intrapresa nel 1570 progetto di Pellegrino Tibaldi, durò fino alla fine del sec.XIX.
Coro, presbiterio e sacrestia sono tardo cinquecenteschi; la Cappella del Beato Amedeo è di fine Seicento, ottocentesche invece la luminosa Cappella di Sant'Eusebio (ove si venerano le spoglie del protovescovo) e la cupola (1860).
L'imponente facciata settecentesca con atrio neoclassico, dovuta a Benedetto Alfieri, immette nel grandioso interno a tre navate a croce latina; nel presbiterio, al centro della navata maggiore, è sospeso il magnifico Crocefisso in lamina d'argento il cui recente restauro, condotto a seguito d'un grave atto vandalico ha permesso la definitiva datazione all'episcopato di Leone (999-1026).
Di grande interesse la Cappella del Beato Amedeo, realizzata da Michelangelo Garove, allievo del Guarini, nel 1682-85, ove posano gli avelli dei principi sabaudi e l'urna con le spoglie di Amedeo IX di Savoia.
In Duomo si conservano pregevoli dipinti di Pier Francesco Guala (Sant'Eusebio in Gloria e Sant'Ambrogio, il Miracolo della Sorgente operato da San Guglielmo da Vercelli) e dei fratelli Gandolfi (L'Inventio Crucis e il Martirio di Sant'Eusebio), epigrafi del sec. VI d.C. (l'acrostico di Eusebio vescovo e martire e l'iscrizione di San Flaviano), pannelli lignei dell'antico coro cinquecentesco, la Madonna dello Schiaffo, scultura marmorea del sec. XIII.
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