La facciata di Palazzo Madama fu progettata e realizzata da Filippo Juvarra tra il 1718 e il 1721 per Maria Giovanna Battista di Savoia Nemours, seconda Madama Reale.
È uno dei capolavori dell'architetto e le tonalità chiare dei materiali usati contribuiscono all'effetto di leggerezza che Juvarra ha progettato per l'avancorpo del palazzo: una sorta di griglia trasparente, attraverso la quale si percepisce lo sviluppo decorativo interno, in una composizione d'insieme basata sul passaggio di luce.
La facciata è realizzata con materiali lapidei provenienti da diverse cave piemontesi: per la superficie maggiore, il marmo di Chianocco (Valle di Susa, Torino), un marmo chiaro, dai toni caldi e luminosi che sfumano dall'ocra al rosa; per le statue e i vasi della sommità, il marmo di Brossasco (Valle Varaita, Cuneo), bianco con venature verdi; per il basamento, infine, una pietra grigia, lo gneiss di Vaie (Valle di Susa, Torino).
Il marmo di Chianocco è però anche un materiale estremamente poroso e dunque estremamente esposto al degrado dovuto agli agenti atmosferici ed inquinanti. Già nel 1997-1998 la facciata fu interessata da un intervento di restauro che provvide a eliminare la patina scura creata dal particellato di smog e risolvere i problemi di decoesione della pietra; in quell'occasione si verificò anche la tenuta statica degli architravi lapidei che sostengono il rivestimento della facciata e le strutture metalliche di rinforzo.
Oggi, a distanza di 12 anni da quell'intervento, è necessario effettuare nuovi consolidamenti. L'esposizione diretta delle superfici lapidee e degli intonaci agli agenti atmosferici hanno ricreato, negli anni, annerimenti e perdite di coesione. Nella primavera del 2009 quest'ultimo problema si è presentato come il più urgente da affrontare: a causa del degrado causato dal gelo dell'inverno precedente, che ha provocato la creazione di ghiaccio all'interno delle fessurazione della pietra, alcuni frammenti lapidei sono crollati sulla piazza; un intervento tempestivo di ricognizione e rimozione di altri elementi pericolanti, eseguito nell'arco di una settimana con un alto cestello meccanico, ha evitato il rischio che queste cadute diventassero pericolose per la cittadinanza in transito in piazza Castello.

La facciata di Palazzo Madama è una delle immagini simbolo di Torino, nonché il "volto" con il quale il Museo Civico si presenta e viene ricordato da cittadini, turisti, visitatori.
La scelta, perciò, di ricoprire interamente la superficie con le impalcature è stata presa per l'effettiva impossibilità di procedere altrimenti.
L'intervento, possibile grazie al fondamentale contributo della Regione Piemonte, si svolgerà nell'arco di sei mesi, da fine giugno a dicembre 2010. I ponteggi verranno ricoperti con teli protettivi, che riproducono la facciata; al centro di questi ci è previsto uno spazio pubblicitario, i cui introiti contribuiranno a finanziare gli interventi di restauro.
Il disagio che la città e il museo, che rimarrà aperto durante tutto il periodo di cantiere, affrontano con la presenza della copertura di uno dei più amati simboli torinesi, sarà ripagato dal ritorno del monumento alla sua integrità e al suo splendore in tempo per le importanti celebrazioni dedicate al 150° anniversario dell'unità d'Italia, quando Palazzo Madama ospiterà uno dei "cuori" delle celebrazioni: la ricostruzione del primo Senato d'Italia.