Gli storici sono d'accordo nel ritenere documentata con sufficiente certezza la storia della Sindone a partire dalla metà del XIV secolo: risale infatti al 1353 la prima testimonianza storica[1].

La prima notizia riferita con certezza alla Sindone che oggi si trova a Torino risale al 1353: il 20 giugno il cavaliere Goffredo (Geoffroy) di Charny, che aveva fatto costruire una chiesa nella cittadina di Lirey dove risiedeva, dona alla collegiata della stessa chiesa un lenzuolo che dichiara essere la Sindone che avvolse il corpo di Gesù[2][3]. Egli non spiega però come ne sia venuto in possesso.

Il possesso della Sindone da parte di Goffredo è comprovato anche da un medaglione votivo ripescato nel 1855 nella Senna, conservato al Museo Cluny di Parigi: su di esso sono raffigurati la Sindone (nella tradizionale posizione orizzontale con l'immagine frontale a sinistra), le armi degli Charny e quelle dei Vergy, il casato di sua moglie Giovanna[4].

Alcune notizie su questo periodo ci vengono dal cosiddetto "memoriale d'Arcis", una lettera indirizzata nel 1389 da Pietro d'Arcis, vescovo di Troyes, all'antipapa Clemente VII (che era riconosciuto in quel momento in Francia come papa legittimo) per protestare contro l'ostensione organizzata in quell'anno da Goffredo II, figlio di Goffredo. D'Arcis scrive che la Sindone era stata esposta una prima volta circa trentaquattro anni prima, quindi nel 1355 (alcuni storici propendono invece per la data del 1357, dopo la morte di Goffredo, ucciso in battaglia a Poitiers il 19 settembre 1356)[2], attirando in loco molti fedeli e donazioni, fatto che aveva portato il suo predecessore, Enrico di Poitiers, ad indagare sui fatti. I teologi consultati da Enrico di Poitiers, aggiunge, avevano assicurato che non poteva esistere una Sindone con l'immagine di Gesù, perché i Vangeli ne avrebbero sicuramente parlato, e inoltre durante le indagini un pittore aveva confessato di averla dipinta; ma d'Arcis non ne indica il nome. Secondo quanto riportato da d'Arcis, il suo predecessore aveva quindi aperto un procedimento contro il decano di Lirey per via di sospetti sull'autenticità del telo, ma come conseguenza questo era stato nascosto, perché non potesse essere sequestrato ed esaminato[5]. Sempre secondo il memoriale, sarebbe stato il decano della collegiata di Lirey, al tempo Robert de Caillac, che aveva effettuato la prima ostensione, ad essersi procurato il telo[5].

Sul memoriale d'Arcis sono però stati sollevati dubbi, soprattutto da fonte autenticista[5]. Non si conoscono altre conferme che Enrico di Poitiers abbia effettivamente aperto un'inchiesta e in una sua lettera a Goffredo di Charny del 1356 non fa alcun cenno alla Sindone. Alcuni storici suggeriscono che Pietro d'Arcis volesse far dichiarare falsa la Sindone, nuovamente esposta all'adorazione dopo alcuni decenni, perché essa attirava i pellegrini a Lirey, facendo così calare le entrate della cattedrale di Troyes, in quanto proprio nel 1389 il tetto di quest'ultima era crollato e la sua ricostruzione richiedeva certamente molto denaro[6]; questo tuttavia non spiegherebbe l'assenza di ostensioni da parte dei Charny nei decenni precedenti.

Goffredo II invia a sua volta un memoriale di segno contrario e nel 1390 l'antipapa Clemente VII decreta una soluzione di compromesso, emanando 4 bolle: da una parte è autorizzata l'esposizione della Sindone a patto che si dichiari che si trattava di una pictura seu tabula, cioè un dipinto («si dica ad alta voce, per far cessare ogni frode, che la suddetta raffigurazione o rappresentazione non è il vero Sudario del Nostro Signore Gesù Cristo, ma una pittura o tavola fatta a imitazione del Sudario»[7]); dall'altra, a Pietro d'Arcis è chiesto di cessare le critiche contro il telo[6].

Nei decenni successivi scoppia una disputa per il possesso della Sindone. All'incirca nel 1415 il conte Umberto de la Roche, marito di Margherita di Charny, figlia di Goffredo II, prende in consegna il lenzuolo per metterlo al sicuro in occasione della guerra tra la Borgogna e la Francia. Margherita si rifiuta poi di restituirlo alla collegiata di Lirey, reclamandone la proprietà. I canonici la denunciano, ma la causa si protrae per molti anni e Margherita comincia a organizzare una serie di ostensioni nei viaggi in giro per l'Europa; intanto Umberto muore nel 1448. Nel 1449 a Chimay, in Belgio, dopo una di queste ostensioni il vescovo locale ordina un'inchiesta, a seguito della quale Margherita deve mostrare le bolle papali in cui il telo viene definito una raffigurazione; come conseguenza l'ostensione viene interrotta e lei viene espulsa dalla città. Negli anni successivi continua a rifiutare di restituire la Sindone finché, nel 1453, la vende ai duchi di Savoia. Successivamente, nel 1457, a causa di questi suoi comportamenti, viene scomunicata.[5]

I Savoia conservano la Sindone nella loro capitale, Chambéry, dove nel 1502 fanno costruire una cappella apposita; nel 1506 ottengono da Giulio II l'autorizzazione al culto pubblico della Sindone con messa e ufficio proprio.

La notte tra il 3 e il 4 dicembre 1532 la cappella in cui la Sindone è custodita va a fuoco e il lenzuolo rischia di essere distrutto; un consigliere del duca, due frati del vicino convento e alcuni fabbri forzano i cancelli e si precipitano all'interno, riuscendo a portare in salvo il reliquiario d'argento, che era già avvolto dalle fiamme. Alcune gocce d'argento fuso erano però cadute sul lenzuolo, bruciandolo in più punti.

La Sindone è affidata alle suore clarisse di Chambéry, che la riparano, applicando dei rappezzi alle bruciature più grandi e cucendo il lenzuolo su una tela di rinforzo. Nel frattempo, poiché si è diffusa la voce che la Sindone sia andata distrutta o rubata, si tiene un'inchiesta ufficiale che, ascoltate le testimonianze di coloro che hanno visto il lenzuolo prima e dopo l'incendio, certifica che si tratta dell'originale. La Sindone viene di nuovo esposta pubblicamente nel 1534.

Nel 1535 il Ducato di Savoia entra in guerra: il duca Carlo III deve lasciare Chambéry e porta con sé la Sindone. Negli anni successivi il lenzuolo soggiorna a Torino, Vercelli e Nizza; soltanto nel 1560 Emanuele Filiberto, successore di Carlo III, può riportare la Sindone a Chambéry, dove rimane per diciotto anni.

Dopo aver trasferito la capitale del ducato da Chambéry a Torino nel 1563, nel 1578 il duca Emanuele Filiberto decide di portarvi anche la Sindone. L'occasione si presenta quando l'arcivescovo di Milano, san Carlo Borromeo, fa sapere che intende sciogliere il voto, da lui fatto durante l'epidemia di peste degli anni precedenti, di recarsi in pellegrinaggio a piedi a visitare la Sindone. Emanuele Filiberto ordina di trasferire la tela a Torino per abbreviargli il cammino, che san Carlo percorre in cinque giorni.

La Sindone, però, non viene più riportata a Chambéry: da allora resterà sempre a Torino, salvo brevi spostamenti. Nel 1694 viene collocata nella nuova cappella appositamente costruita, edificata tra il duomo e il palazzo reale dall'architetto Guarino Guarini; successivamente la Sindone viene trasferita e custodita nella cattedrale di Torino, nell’ultima cappella della navata sinistra, sotto la tribuna reale.[8]

Nel 1706 Torino è assediata dai francesi e la Sindone viene portata per breve tempo a Genova; dopo questo episodio non si muoverà più per oltre duecento anni, rimanendo a Torino anche durante il periodo dell'invasione napoleonica. Solo nel 1939, nell'imminenza della Seconda guerra mondiale, viene nascosta nel santuario di Montevergine in Campania, dove rimane fino al 1946; questo è a tutt'oggi il suo ultimo viaggio[9].

In occasione dell'ostensione pubblica del 1898, l'avvocato torinese Secondo Pia, appassionato di fotografia, ottiene dal re Umberto I il permesso di fotografare la Sindone. Superate alcune difficoltà tecniche, il Pia esegue due fotografie e al momento dello sviluppo si accorge che l'immagine della Sindone sul negativo fotografico appare "al positivo", vale a dire che l'immagine stessa è in realtà un negativo. La notizia fa discutere e accende l'interesse degli scienziati sulla Sindone, dando inizio a un'epoca di studi che fino a oggi non si è conclusa.

Non manca chi accusa il Pia di avere manipolato le lastre, ma nel 1931 viene eseguita una nuova serie di fotografie, affidata a Giuseppe Enrie[2]. Per evitare polemiche, tutte le operazioni vengono svolte in presenza di testimoni e certificate da un notaio. Le fotografie di Enrie confermano la scoperta del Pia e dimostrano che non vi era stata alcuna manipolazione[10].

Nel 1959 viene fondato il Centro Internazionale di Sindonologia, con lo scopo di promuovere studi e ricerche sulla Sindone di Torino.

Nel 1973 vengono effettuati i primi studi scientifici diretti, a opera di una commissione nominata dal cardinale Michele Pellegrino. Una campagna di studi più approfondita si svolge nel 1978, quando la Sindone viene messa per cinque giorni a disposizione di due gruppi di studiosi, uno statunitense (lo STURP) e uno italiano.

Nel 1983 muore Umberto II di Savoia, ultimo re d'Italia: nel suo testamento egli lascia la Sindone in eredità al Papa. Giovanni Paolo II stabilisce che essa rimanga a Torino e nomina l'arcivescovo della città suo custode.

Nel 1988 tre laboratori internazionali eseguono l'esame del carbonio 14: la Sindone viene datata agli anni 1260-1390, ma il risultato viene contestato da numerosi sindonologi.

Nella notte tra l'11 e il 12 aprile 1997 un incendio scoppiato nella cappella della Sacra Sindone, o cappella del Guarini, mette di nuovo in pericolo la Sindone. La Sindone, tuttavia, non viene direttamente interessata dall'incendio poiché il 24 febbraio 1993, per consentire i lavori di restauro della cappella, era stata provvisoriamente trasferita (unitamente alla teca che la custodiva) al centro del coro della cattedrale, dietro all'altare maggiore, protetta da una struttura di cristallo antiproiettile e antisfondamento appositamente costruita.

Nel 2002 la Sindone viene sottoposta a un intervento di restauro conservativo: vengono rimossi i lembi di tessuto bruciato nell'incendio del 1532 e i rattoppi applicati dalle suore di Chambéry; anche il telo di sostegno (la "tela d'Olanda") applicato nel 1534 viene sostituito. Il lenzuolo inoltre viene stirato meccanicamente per eliminare le pieghe e ripulito dalla polvere.

Nel 2009 la proprietà della Sindone è stata messa in discussione: secondo il costituzionalista Francesco Margiotta Broglio, con l'entrata in vigore della Costituzione repubblicana (1º gennaio 1948) la Sindone è diventata proprietà dello Stato italiano in base alla XIII disposizione, comma 3, e il legato testamentario di Umberto II è di conseguenza nullo[11]. Si potrebbe assumere che la Santa Sede abbia ormai acquisito la proprietà della Sindone per usucapione, essendo trascorso il termine di legge senza che lo Stato italiano ne abbia rivendicato la proprietà; tuttavia, essendo la Costituzione una fonte del diritto di rango superiore alle disposizioni di legge ordinaria disciplinanti la proprietà, la questione rimane controversa e di non facile soluzione. Sulla questione è stata presentata un'interrogazione parlamentare[12][13].

Per l'ostensione del 2010, iniziata il 10 aprile e terminata il 23 maggio, oltre 1 700 000 pellegrini hanno prenotato la visita alla Sindone presso il duomo di Torino.[14]

Un'altra ostensione si è svolta dal 18 aprile al 24 giugno 2015[15]. Il periodo è stato più lungo (67 giorni) rispetto a quello di altre esposizioni del Telo, sia per la visita del papa Francesco (avvenuta il 21 giugno), sia per la concomitanza con le celebrazioni del giubileo salesiano (200 anni dalla nascita di don Bosco).

  Lo stesso argomento in dettaglio: Ipotesi sulla storia della Sindone.

Parte di coloro che considerano la Sindone più antica del 1353 prova anche a tracciarne la storia nei secoli precedenti.

Tra i fautori dell'autenticità del lino quale il lenzuolo funebre di Gesù, risalente alla Terra di Israele del I secolo, non manca chi sostiene l'ipotesi[1] secondo cui la Sindone di Torino sarebbe da identificare con il mandylion o "Immagine di Edessa", un'icona di Gesù molto venerata dai cristiani d'Oriente scomparsa nel 1204 (questo spiegherebbe l'assenza di documenti che si riferiscano alla Sindone in tale periodo). In questo caso, occorrerebbe ipotizzare che il telo di Edessa, che è descritto come un fazzoletto, fosse esposto solo ripiegato più volte e in modo tale da mostrare unicamente l'immagine del volto[1].