La Biblioteca Reale, istituita dal re Carlo Alberto di Savoia-Carignano (1798-1849), ubicata al piano terreno dell'ala di levante del Palazzo Reale, è inserita nel raffinato ambiente ideato nel 1837 dall'architetto di corte Pelagio Palagi e raccoglie prevalentemente opere di storia degli Stati sabaudi e di scienze storiche.
Conserva preziosi codici miniati medievali - di cui sono pregevole testimonianza i lussuosi messali del duca Amedeo VIII - eleganti portolani, rari incunaboli, splendidi album scenografici disegnati da Giovanni Tommaso Borgonio, atlanti naturalistici seicenteschi - esemplari unici per contenuto e qualità - appartenuti al duca Carlo Emanuele I. Il Theatrum Sabaudiae, edito ad Amsterdam nel 1682, testimonia la volontà dei duchi di Savoia di affidare alla stampa la divulgazione della magnificenza della capitale, delle residenze e del loro territorio rappresentata in tavole colorate di forte impatto visivo.

Di eccezionale valore la collezione grafica della Biblioteca, acquisita dal re Carlo Alberto nel 1839, composta da disegni di grandi maestri italiani e stranieri dal XIV al XVIII secolo e resa straordinaria dalla presenza di tredici fogli autografi di Leonardo da Vinci. Dal 1998 nella Sala Leonardo, realizzata con il contributo della Consulta per la Valorizzazione dei Beni Artistici e Culturali di Torino, viene esposto a rotazione prezioso materiale bibliografico e storico-artistico secondo una precisa politica di valorizzazione del patrimonio posseduto.