La costruzione della Collegiata dei Santi Pietro e Paolo, nata per volontà della comunità carmagnolese, era stata sostenuta dal marchese di Saluzzo Ludovico I, che aveva promosso l’iniziativa presso papa Sisto IV. Nel gennaio del 1474 il pontefice concesse il nulla osta, ma si dovette attendere il 1492 per la cerimonia di apertura del cantiere con la posa della prima pietra al cospetto di Margherita di Cominges, sorella del marchese di Saluzzo. Soltanto nel 1497 il capitolo affidò l’incarico di sovrintendere ai lavori al nobile canonico Giorgino Costanza dei signori di Costigliole, il quale seguì la costruzione fino al 1512. Nella convenzione stipulata tra Giorgino e il capitolo furono stabilite le lavorazioni, la scelta di materiali di buona qualità, le finiture ad intonaco dell’interno della chiesa. L’edificio, seppur non completamente terminato nelle sue parti decorative, fu consacrato il 25 marzo 1514, ad opera di monsignor Vacca, vescovo di Saluzzo. L’impianto tardogotico della chiesa è basilicale a tre navate, di cui quella centrale suddivisa in sei campate rettangolari e conclusa da un’abside poligonale coperta da una volta a costoloni. All'esterno l'abside maggiore risulta scandita da quattro contrafforti con tre finestre allungate archiacute con modanatura in cotto, riprese in età moderna. L'ultimo tratto del prospetto esterno verso via Gardezzana è l'unico che conserva la muratura originaria della chiesa con le due monofore tamponate. Alla fine del Seicento fu costruito l’attuale campanile barocco, mentre nel corso del Settecento fu riedificata la sacrestia, abbellita da un’elegante decorazione a stucco, realizzata dal mastro luganese Papa. L’odierna facciata è opera dell’ingegnere torinese Alessio Ragazzoni, che la realizzò tra il 1893 e il 1896 secondo un attardato gusto neogotico. L’interno della chiesa, modificato nel corso del Novecento con lavori edilizi che lo riportarono ad un aspetto rigoroso in stile gotico, custodisce nelle sue cappelle opere pittoriche e scultoree di notevole pregio. Tra queste, l’altare maggiore in marmo progettato nel 1726 dall’architetto monregalese Francesco Gallo e le eleganti vetrate dell’abside realizzate nel 1907 dalla prestigiosa bottega di Heinrich Oidtmann, studioso e restauratore di vetrate medievali tedesche, su disegno dell’architetto torinese Giuseppe Gallo. Si ricordano inoltre la cappella del Rosario con gli stucchi di Domenico Beltramelli e i due grandi teleri con l’Adorazione dei magi e l’Adorazione dei pastori; la cappella del Santissimo Crocifisso, edificata nel 1677 per volere del canonico della Collegiata Ludovico Talesio, cavaliere dell’ordine dei Santi Maurizio e Lazzaro; e la cappella del Corpus Domini, eretta nel 1545 ornata con la tela della Deposizione della Croce.
All’interno inoltre si possono ammirare una pregevole tela di Guglielmo Caccia detto il Moncalvo raffigurante l’Assunzione della Vergine, originariamente eseguita per la chiesa di San Bernardino di Carmagnola, e una ricca serie di opere lignee seicentesche, tra cui il pulpito e il coro, quest’ultimo opera di Giovanni Bartolomeo e Benedetto Tiffner e la scultura della Vergine Immacolata con Bambino dell’astigiano Michele Enaten, portata ogni anno in processione in occasione della festa dell’8 dicembre.