La città ospita alcune importanti biblioteche: la Biblioteca nazionale di Torino e la Biblioteca Reale di proprietà dello Stato, la Biblioteca civica centrale e molte collezioni specializzate come la Biblioteca internazionale di cinema e fotografia Mario Gromo, la Biblioteca Nazionale del Club Alpino Italiano, la Biblioteca della Fondazione Luigi Einaudi, le biblioteche d'arte della Galleria civica d'arte moderna e contemporanea e dell'Accademia Albertina. Altre importanti biblioteche antiche sono la Biblioteca dell'Accademia delle Scienze, la Biblioteca della Scuola di Applicazione dell'Esercito (con sede nello juvarriano Palazzo dell'Arsenale), la Biblioteca dell'Archivio di Stato e la Biblioteca Provinciale dei Frati minori cappuccini, situata all'interno del Convento dei Monti Cappucini.
La rete delle biblioteche civiche comprende, oltre alla Civica centrale, altre 23 istituzioni analoghe (17 biblioteche civiche diffuse sul territorio, 2 biblioteche situate presso le carceri e 4 punti di lettura), il cui patrimonio complessivo ammonta ad oltre 1.200.000 volumi.
A queste si aggiungono le biblioteche centrali e dipartimentali delle università: l'Università degli Studi ne dispone di 50, tra cui spicca la Biblioteca Interdipartimentale di Scienze Religiose Erik Peterson. Il Politecnico dispone di 17 biblioteche. La consultazione dei volumi è libera per tutti, ma il prestito è riservato ai soli iscritti alle varie facoltà.
Inoltre, i comuni di cintura dell'area urbana e metropolitana cittadina possiedono un sistema bibliotecario integrato denominato SBAM (Sistema Bibliotecario Area Metropolitana) composto di 65 biblioteche per un totale di circa 1.700.000 documenti.
L'Archivio di Stato di Torino custodisce i documenti della corte e dell'amministrazione sabauda, sin dall'epoca medievale.
A Torino hanno sede importanti istituti di ricerca scientifica, tecnologica e cinematografica che sono la testimonianza di una tradizione culturale improntata sulla sperimentazione e sull'innovazione. Qui, infatti si trovano:
Torino è da sempre una città molto vivace dal punto di vista della ricerca scientifica ed applicata in diverse discipline. Essa, nel tempo, ha conseguito diversi primati. Ad esempio, qui è nato il motore elettrico a corrente alternata ad opera di Galileo Ferraris, che scoprì e dimostrò il campo magnetico rotante. Nel 1977 fu anche la prima città al mondo dotata di una rete di fibra ottica urbana (lunga 9 km), sperimentata dal centro di ricerca di telecomunicazioni CSELT; sempre in CSELT nacque l'iniziativa MPEG che portò alla creazione, tra gli altri, dello standard si codifica audio mp3, diffuso in tutto il mondo.
Nel 2016 Torino si aggiudica il secondo posto del prestigioso Premio Capitale Europea dell'Innovazione - iCapital, dietro ad Amsterdam e davanti a Parigi.
Il polo universitario torinese è uno dei principali in Italia. Nei due più importanti atenei cittadini, l'Università di Torino e il Politecnico, risultavano iscritti nel 2006 quasi 100.000 studenti. A luglio 2011 l'Università di Torino contava 67.000 iscritti mentre il Politecnicoquasi 27.000, a cui vanno aggiunti gli iscritti ai corsi degli atenei minori.
Torino, secondo un'inchiesta di Skyscanner, fa parte delle dieci città universitarie più amate d'Italia.
I principali istituti di studi superiori, oltre all'Università degli Studi e al Politecnico, sono:
A Torino ha inoltre sede uno dei cinque campus europei della prestigiosa business schoolESCP Europe, famosa per il suo Master in Management (classificato nel 2010 dal Financial Times come il migliore al mondo). Gli altri campus europei di questa Grande École sono: Parigi, Londra, Berlino e Madrid.
Per quanto attiene all'università popolare, in città è stata fondata e conserva tuttora la sede nazionale l'UNITRE - Università delle Tre Età.
Torino possiede un sistema museale di livello internazionale, forte di oltre 50 musei presenti sul territorio cittadino e metropolitano, i quali hanno raggiunto nel 2015 la cifra complessiva di 4,7 milioni di visitatori.
Vi sono quattro musei nazionali (Museo del cinema, Museo di ell'automobile, Museo della montagna, Museo del Risorgimento) e numerosi altri musei di rilevanza nazionale ed internazionale come il Museo egizio, l'Armeria Reale, il Museo d'Arte Orientale, il Museo dell'Astronomia e Planetario, il J-Museum a cui si aggiungeva, fino al 2015, il Museo dello sport. Alcuni musei sono stati ampliati e rinnovati negli ultimi anni (ad esempio il Museo del Cinema, il Museo Egizio ed il Museo dell'Automobile) o sono in corso di rinnovamento: tra questi, il Museo di anatomia umana Luigi Rolando, il Museo di antropologia ed etnografia, ed il Museo di antropologia criminale Cesare Lombroso, che verranno unificati in un unico Museo dell'Uomo, all'interno del "Palazzo degli Istituti Anatomici" di corso Massimo d'Azeglio.
Molto importanti sono le collezioni artistiche della città: vi si trovano infatti opere di Leonardo da Vinci, Antonello da Messina, Beato Angelico, Andrea Mantegna, ma anche di Van Eyck, Rembrandt, Van Dyck. Per l'arte figurativa è da citare la Galleria Sabauda (una delle più importanti pinacoteche d'Italia), che ospita dipinti per il periodo che va dal XII al XVIII secolo. Per l'arte moderna e contemporanea vi sono la Galleria civica d'arte moderna e contemporanea (il secondo museo di arte moderna in Italia, con 5.000 dipinti e 400 sculture), il Museo civico d'arte antica di Palazzo Madama, la Fondazione Sandretto Re Rebaudengo contenente esposizioni degli artisti contemporanei provenienti da tutto il mondo e la Pinacoteca Giovanni e Marella Agnelli e la Fondazione Merz. Considerando che la vicina Rivoli ospita nell'omonimo castello il Museo d'Arte Contemporanea, Torino può essere considerata come il più importante polo museale italiano per l'arte contemporanea.
Le collezioni di arte antica, la cui raccolta fu iniziata dal duca Emanuele Filiberto di Savoianella seconda metà del Cinquecento, sono conservate nel Museo di antichità, che raccoglie anche le principali testimonianze archeologiche piemontesi dal Paleolitico al Tardo Medioevo. Dal Museo di Antichità furono separate, negli anni quaranta del Novecento, le collezioni egizie che costituirono il Museo egizio, il più importante d'Europa (nonché il più antico al mondo), in quanto custode della seconda collezione di arte egizia del mondo per vastità e importanza dopo quella del Museo del Cairo.
Inoltre, l'apertura del MAO - Museo d'Arte Orientale nel dicembre 2008 ha permesso di ospitare ricche collezioni provenienti dal Vicino Oriente, dall'India, dalla Cina e dal Giappone, oltre che dall'Asia centrale.
La Fondazione Accorsi è una ricca collezione privata, ora aperta al pubblico, di opere collezionistiche. Mostre temporanee di rilievo si tengono a Palazzo Bricherasio e a Palazzo Madama.
Importanti sono poi dal punto di vista storico il Museo nazionale del Risorgimento italiano, presso Palazzo Carignano, e il Museo nazionale della montagna, presso il Monte dei Cappuccini, sulla riva destra del Po. Testimonianze della storia di Torino sono a disposizione presso l'Istituto Storico della Resistenza, che gestisce inoltre il Museo diffuso della Resistenza, della deportazione, della guerra, dei diritti e della libertà.
Per quanto riguarda le scienze, è sicuramente da ricordare il Museo Regionale di Scienze Naturali, tra i maggiori in Italia dello specifico settore, e il Museo della Sindone, che illustra al visitatore le scoperte scientifiche sul telo sindonico.
Da ricordare il Museo dell'astronomia e Planetario di Torino, che sorge accanto dell'Osservatorio astronomico di Torino di Pino Torinese, cittadina collinare nei pressi immediati del capoluogo piemontese.
