A 4,36 méter hosszú és 1,1 méter széles, halszálka-mintásan szőtt lenvásznon egy körülbelül 1,75 méter magas, szakállas férfi testének lenyomata látható, akit láthatóan megkínoztak: erre utalnak a fején, a kezén és a lábfején található sérülések, valamint egy szúrt seb a szív tájékán. Az mára biztossá vált, hogy nem festmény a lenyomat, az azonban továbbra is kérdéses, hogy pontosan mely korból származik.
Egy 1988-as radiokarbonos vizsgálat során svájci, brit és amerikai kutatók egymástól függetlenül arra az eredményre jutottak, hogy a lepel a középkorból, feltehetően az 1260 és 1390 közötti időszakból származik. Később mikrobiológiai vizsgálatok alapján ezt az eredményt kétségbe vonták, s ma a kérdéssel foglalkozó mikrobiológusok azon az állásponton vannak, hogy a lepel "majdnem biztosan" Jézus idejéből származik.
Más típusú vizsgálatokat is végeztek tudósok: pollenvizsgálatokkal például azt mutatták ki, hogy a leplen található virágpormaradványok Palesztinában és Kis-Ázsiában honosak. Végül a numizmatika is hozzájárult a kutatásokhoz, hiszen az alak jobb szeménél egy pénzérme lenyomatát mutatták ki, mely forgalomban volt Poncius Pilátus helytartósága idején (egy temetkezési szokás szerint pénzérmét helyeztek el a halott szemén).
A Vatikán hivatalosan nem állítja, hogy a lepel Jézus halotti gyolcsa. Hangsúlyozzák ugyanakkor, hogy az ereklye mindenképpen Krisztus szenvedésének erőteljes szimbóluma.
A leplet 1578 óta őrzik a torinói Keresztelő Szent János katedrálisban. E több mint négy évszázad alatt mindössze kilencszer állították ki, a mostani a tizedik alkalom.
