Il complesso abbaziale, costituito dalla chiesa e dall'annesso palazzo lateranense, sorse dopo la distruzione del cenobio dell'ordine mortariense, che si trovava al di fuori delle mura della città. I canonici lateranensi, nei quali erano confluiti i mortariensi, ottennero la ricostruzione di un edificio di culto con annesso monastero, all'interno delle mura. Il palazzo laternanese fu edificato come monastero nel 1573, dopo che i canonici laternanesi furono costretti a lasciare l'antico cenobio mortariense extramurario.
Il disegno della chiesa è opera di Pellegrino Tibaldi (1527-1596). La facciata fu realizzata parzialmente e venne completata solo nel 1957. I restauri degli anni 1960 hanno modificato la struttura originale interna dell'edificio. Altri interventi sono avvenuti più recentemente e l'altare maggiore è stato rinnovato agli inizi del XXI secolo.
Nelle cappelle sono presenti opere di Guglielmo Caccia, di Tintoretto e di Bernardino Ferrari. Nell'abside nei recenti restauri è stata ricollocata la pala con l'Invenzione della Santa Croce, attribuibile al pittore pavese Francesco Barbieri, appositamente commissionata a metà del Settecento.
La tela dell'Adorazione dei Magi, di Bernardino Lanino, realizzata nel 1533 e destinata alla vecchia prepositura, fu sistemata in una cappella laterale della chiesa. Altre pale d'altare sono state negli anni sostituite e trasportate nella Pinacoteca di Torino.
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