La devozione a Sant’Ambrogio fu introdotta a Cuneo agli inizi del XIII secolo, ad opera di un gruppo di Milanesi che collaborando alla ricostruzione della cittadina, propiziarono la nascita di una chiesa intitolata al loro patrono. Essa venne inizialmente officiata dai monaci benedettini dell’abbazia di San Dalmazzo di pedona. Ripetuti danneggiamenti dovuti a eventi bellici e la costruzione della cittadella voluta da Emanuele Filiberto portarono però alla demolizione della chiesa romanica. Una delle poche testimonianze del vecchio edificio è il Battistero, risale al XV secolo ed è attribuito agli Zabreri, scalpellini della Valle Maira.
Nel 1703 si diede coraggiosamente inizio al grandioso edificio progettato da Francesco Gallo ma per difficoltà finanziarie la costruzione andò a rilento: la cupola fu innalzata sotto la direzione di Tommaso Eula nel 1733 -1736 (l’affresco di Michele Antonio Milocco e Carlo Bianco che raffigura la Gloria di Sant’Ambrogio è del 1765), il campanile nel 1739. La consacrazione della chiesa avvenne nel maggio 1743.
Nel corso dell’Ottocento vennero eseguiti vari interventi: in particolare nelle cappelle laterali e l’ampliamento del coro, realizzato su progetto di Carlo Barabino nel 1830. L’altar maggiore dalle linee rigide e neoclassiche fu realizzato in marmi policromi da Carlo e Giovanni Maria Quadrone di Mondovì nel 1832. Anche la facciata, di disegno barocco, fu ultimata solo nell’Ottocento mentre il grande portale in legno è del 1931. Da notare anche l’organo, opera dei fratelli Lingiardi di Pavia datata 1872.