Jézus Krisztus halotti lepléről elsőként az evangélisták emlékeztek meg. János evangéliumában így írja le, hogy mit látott, amikor a feltámadás hírére a sziklasírhoz sietett: „A másik tanítvány gyorsabban futott, mint Péter, és elsőként ért a sírhoz. Lehajolt, és látta lerakva a gyolcsokat, de nem ment be. Azután odaért Simon Péter is, aki követte őt, és bement a sírboltba.
Látta letéve a gyolcsokat és a kendőt, amely a fején volt, nem a gyolcsok mellé helyezve, hanem külön egy helyen, összehajtva. Akkor bement a másik tanítvány is, aki először érkezett a sírhoz; látta és hitt."(János, 20, 4-8) Máté szintén említést tesz a halotti gyolcsról: „József levette a testet, tiszta gyolcsba göngyölte” (Máté 27,59) Márk evangéliuma ugyancsak szól a Megváltó holttestét befogadó gyolcslepelről; "Az pedig gyolcsot vásárolt, majd levette Jézust a keresztről, begöngyölte a gyolcsba és sziklába vájt sírboltba helyezte, s a sír bejárata elé követ hengerített” (Márk, 15,46)
A szentíráson kívüli első tudósítás Szent Cirilltől származik, aki Kr.u. 340 körül ír a lepelről, mint a feltámadás egyik Jeruzsálemben őrzött tanújáról. 544-ben feljegyezték, hogy a perzsák Edessza elleni támadásának kudarcát a helyiek hite szerint a városban őrzött lepel, azaz a „kép, amelyet nem emberkéz készített” csodás ereje okozta. 944 augusztusában a lepel a Bizánci Birodalom fővárosába, Konstantinnápolyba kerül, ahol mint szent ereklyét őrizték.
A 13. század elején ideiglenesen nyoma vész a becses relikviának, akkor, amikor 1204 április 13-án a Velence által finanszírozott Bizánc elleni bosszúhadjáratban a keresztesek kifosztják Konstantinnápolyt. I. Theódórosz császár így ír erről III. Ince pápának: „ A velenceiek szétosztották egymás közt a kincseket… ugyanezt tették a franciák az ereklyékkel és a szent lepellel, amelyben Urunk a feltámadás előtt feküdt.”
Több bizonyíték is arra utal, hogy a 13. században a középkor nagyhatalmú és titokzatos lovagrendje, a templomosok birtokába került az ereklye. 1287-ből származik az a feljegyzés, amelyben Arnaut Sabbatier megemlíti, hogy lovaggá ütési ceremóniáján Krisztus halotti leplére kellett letennie a lovagi esküt. Amikor IV. (Szép) Fülöp francia király 1308 október 13-án, péntek éjjel országszerte egyszerre lecsap a templomos rendházakra és lefogatja a lovagokat, a rend feloszlatásához és a templomos kincsek megszerzéséhez is ugyanezt használja fel ürügyként.
Fülöp a templomosokat „bálványimádással” vádoltatta meg, mivel a lepelre tették le az esküt. A lepel 1453-tól egészen 1983-ig a Savoya-ház tulajdonában volt; 1983-ban II. Umbertó végakaratának megfelelően a római katolikus egyház tulajdonába került. A titokzatos ereklyét napjainkban a torinói Keresztelő Szent János dómban őrzik, utoljára 2010. április 10. és május 23. között állították ki nyilvános közszemlére, a dóm főhajójában.
A lepel a későbbi évszázadok folyamán a feledés homályba merült. 1898 május 25-én Secondo Pia olasz ügyvéd és amatőr fotográfus I. Umbertó engedélyével, felvételeket készít a lepelről, amelyen egy alak halvány kontúrjai látszanak. Az első döbbenetes felfedezés Pia felvételeihez fűződik; amikor előhívja a képeket, a negatívon egy térhatású szakállas férfialak jelenik meg, ilyen jelenség pedig nem ismert a hagyományos technikával készített képeknél.
1931-ben Giuseppe Enrie már sokkal jobb technikával ismét lefotózza leplet, és ekkor újabb részletek válnak ismertté; az alak testén korbácsütések, a csuklókon valamint a bokáknál szög ütötte sérülések, a bal mellkas szívtájékán dárdától ütött seb, a homlokon és a fejbőrön pedig tövis okozta hámsérülések váltak azonosíthatóvá. A lepel 1978 után került igazán a figyelem középpontjában, amikor megjelent Ian Wilson magfizikus, „A torinói lepel” című könyve. Wilsont különösen a torinói lepel lenvászon szövetének felső rétegeibe „beégett” emberi kontúr keletkezési mechanizmusa érdekelte.
Az oldószerrel is kitörölhetetlen lenyomatról egyértelműen kizárta, hogy azt emberkéz festhette volna rá a vászonra, mint ahogyan a leplet hamisítványnak tartók közül sokan azt vélelmezik. Wilson vizsgálatai szerint a test körvonalai egy olyan rendkívül nagy energiájú fizikai folyamat eredményeként égtek bele a lepel anyagába, amely legjobban az erős neutronkisüléshez hasonlítható. (A korábban ateista tudós azt is megvallotta, hogy a lepel vizsgálata után lett hívő.) Ugyanígy vélekedik Roberto Hedges, aki az Oxfordi Egyetem sugárlaboratóriumában vett részt a lepel radiokarbonos kormeghatározásában.
Hedges határozott véleménye, hogy a leplet neutronkisülés érte. Marc Antoni és Arthur Lind „Részecskesugárzás a testből” című dolgozatukban arra a következtetésre jutottak, hogy az ismeretlen és nagy energiájú sugárzás a testből kiáradva érte a leplet.
Az 1970-es 80-as évektől számos tudományterület szakemberei a legmodernebb technikai eszközök segítségével komplex vizsgálatokat végeztek a lepel anyagával, és az azon látható alak vizuális, anatómiai és egyéb jellegzetességeivel kapcsolatosan. A lepel anyagából 49 növényi spórát sikerült kimutatni, ezek közül 14 csak Palesztinára jellemző, és ebből további 8 olyan halofita endemikus faj, amely kizárólag a Holt-tenger és Jeruzsálem környékén honos. Az 1999-ben St. Louis-ban megtartott 16. Nemzetközi Botanikai Kongresszuson tovább árnyalták az addig megállapítottakat; két faj csak és kizárólag a Jeruzsálem-Hebron régióban él.
A kutatók szerint az egyikből, a Gundelia tournefortii fajnevű tövises növényből készülhetett az a süvegszerűség, amely az alak homlokán és fejtetején kimutatott szúrt sérüléseket okozta. Avinoam Danin, aki a jeruzsálemi Héber Egyetem botanika professzora, Uri Baruchhal, az Izraeli Régészeti Főfelügyelőség pollenszakértőjével együtt vizsgálta meg a leplen található virágporokat. Megállapították, hogy ezek közül az egyik pollen gazdája napszakosan csak délután 3 és 4 óra között nyílik. ( Az evangélium szerint Krisztus délután három óra körül halt meg, és a közeledő ünnep miatt, a testét rögtön levették a keresztről, és a halotti gyolcsba csavarták.) A lepel vándorlásáról szóló történelmi forrásokat a pollenvizsgálatok is megerősítették; anatóliai és dél-francia területről származó növényi polleneket sikerült még kimutatni a Jeruzsálem környékiek mellett.
A Krisztus keresztre feszítését ábrázoló középkori-újkori festményeken kivétel nélkül a tenyerén és lábfején átütött szögekkel ábrázolják a Megváltót. A leplen viszont ettől eltérő a sérülések helye; a szögek nyomai a csuklókon és a bokáknál azonosíthatók.
Ez felel meg egyébként az ókorban alkalmazott kegyetlen kivégzési módnak, a tenyereken és lábfejen átütött szögek ugyanis nem tartották volna meg a test súlyát. Az úgynevezett Destot-nyílást az ókori hóhérok még ismerték, de a középkorra feledésbe merült ez a kivégzési mód, erre vezethető vissza a helytelen ábrázolásmód is.
Az 1980-as években komputertechnikával feljavított felvételek segítségével azt is sikerült megállapítani, hogy a testet összesen 120 korbácsnyom borítja, amelyeket a hírhedt római flagrummal, a „háromágú macskával” mértek az áldozatra. ( A római korbács ágai végén apró fémhorgok voltak, amelyek minden egyes ütésnél beleakadtak a bőrbe, tovább növelve az áldozat gyötrelmeit.) A bal arcféltekén, a járomcsont közelében zúzódásos sérülés nyomai láthatók,ami szintén összhangban áll az evangéliumban írtakkal: „Amikor ezt mondta, az ott álló szolgák közül az egyik arcul ütötte Jézust, és így szólt: „Így felelsz a főpapnak?”
Jézus a Golgota felé menet, háromszor is elesett a kereszt kezeihez kötött vízszintes részének, a patibulumnak a súlya alatt. Emiatt kényszerítették cirénei Simont, hogy segítsen a halálraítélt Jézusnak a kereszt cipelésében. A leplen világosan látszik, hogy a jobb váll nem szimmetrikus a ballal, ami vállficamra utaló nyom. A szentírás szerint az egyik római legionárius kegyelemből dárdával átdöftel Jézus szívét, amelyből vér és víz folyt ki. A lepel frontális oldalán jól megfigyelhető a vérszivárgás nyoma. A vizsgálatok szerint a dárdadöfés átszúrta a tüdőt is, amelyből a vérrel együtt vizenyő folyt ki a sebből. A leplen látható vérnyomok részletes analízisét az 1978-as STRUP vizsgálattal kezdték meg. Walter McCrone szerint olyan vasoxid vegyületek mutathatók ki a leplen, amelyek festésnyomra utalnak. Ám a részletes és többször megismételt szerológiai analízis szerint a test kontúrját olyan vérnyom rajzolja ki a lepel szövetén, amely az AB vércsoportba tartozik. (Ez a vércsoport elsősorban a közel-keleti népekre jellemző.)
Dr. Giovanni Tamburelli a Torinói Egyetem kutatója számítógépbe táplálta az emberi vér paramétereit, hogy a kimutassa a leplen található összes vérnyomot. Az arcon szabad szemmel nem látható hajszálerekből származó vérnyomokat talált. Ennek alapján pedig kizárta annak a lehetőségét, hogy a képmás létrejöttében emberi kéz játszhatott közre.
A lepel tulajdonosa, a római katolikus egyház 1988-ban hozzájárulását adta ahhoz, hogy három független sugárlaboratórium elvégezze a lepelből kivágott minták C14 szénizotópos radiokarbon kormeghatározást. Egyenként három, jelölés nélküli mintát küldtek el az oxfordi, a zürichi és egy arizonai laboratóriumnak. A kormeghatározást végzőknek arról sem lehetett tudomásuk, hogy mit vizsgálnak. Mindhárom laboratórium arra az eredményre jutott, hogy a lepel 1200 és 1304 között keletkezett.
A lepel valódiságát megkérdőjelezők mind a mai napig ezt tekintik a döntő érvnek amellett, hogy a torinói lepel hamisítvány. Ezzel szemben az olasz ENEA országos sugárlaboratórium olyan eredményre jutott, mely szerint a leplen található képhez hasonlót a mai legmodernebb laboratóriumi technikákkal sem lehet előállítani, középkori módszerekkel pedig teljességgel lehetetlen.
Mások az oxfordi, zürichi és arizonai mérések kétséget kizáró bizonyosságát azzal kérdőjelezik meg, hogy az 1532-ben keletkezett tűzben a lepel megpörkölődése eleve kizárja a pontos radiokarbon kormeghatározást. A lepel alapanyagát vizsgáló textilszakértők az anyagból és a szövési technikából pedig szinte kivétel nélkül a Kr. u. I. századra teszik a szövet előállítását megjegyezve, hogy a szövési stílus a korabeli Palesztinára volt jellemző. Gilberto Raes, a Genti Egyetem kutatója határozottan kizárta a szövetanyag középkori eredetét.
Az egyik igen érdekes eredmény Francis Filas jezsuita történészprofesszor felfedezéséhez kapcsolódik. Filas-nak az 1978-ban készített 3D felvételek tanulmányozásánál feltűnt, hogy a fejlenyomaton szokatlanul nagyok az alak szemei. Számítógépes technikával feljavította és erősen kinagyította a szemeket megállapítva, hogy azokat két pénzérme takarja.
További komputeres vizsgálatokkal sikerült a pénzérmék azonosítása is; az egyiken kivehető hajlított augur-bot (az augurok római madárjós papok voltak) valamint a rekonstruált görög nyelvű felirat (Tiberias kaiserios, azaz Tiberius császáré) alapján megállapították, hogy az úgynevezett provinciális érméket Kr. u. 26 és 31. között Júdea prokonzulja, Poncius Pilátus verette.
A lepel valódisága vagy hamisítvány jellege körüli szenvedélyes vita nem akar elülni. Legutóbb Charles Freeman brit történész állt elő azzal a teóriával, hogy a torinói lepel nem egyéb, mint a középkorban passiójátékokhoz használt kellék. A brit kutató ezt a hipotézisét számos, a halotti leplet ábrázoló középkori és újkori festmény illetve metszet képének az analíziséből vezette le,igaz, hogy ezek a természettudományos módszerekkel elvégzett vizsgálatok által felvetett illetve nyitva hagyott kérdésekre nem adják meg a választ. A római katolikus egyház felfogása szerint a hit nem a még oly jelentős ereklyék kérdése. 1989-ben II. János-Pál pápa a torinói leplet „valóságos relikviának” minősítette. Hogy kit és mi győz meg illetve miben hisz, az már a lepel eredetén túlmutató kérdés.