Sbírky Národního muzea se začaly shromažďovat v roce 1818 v minoritském klášteře u sv. Jakuba na Starém Městě. Muzeum postupně sídlilo v Šternberském paláci (1819–1846) a poté v Nostickém paláci na Novém Městě, ale kapacity se neustále zmenšovaly vůči rostoucím sbírkám. František Palacký navrhl ambiciózní koncepci muzea nazvaného Franciscea určeného pro Smetanovo nábřeží, která se však nerealizovala. Ani pokus o umístění na Karlovo náměstí v 60. letech 19. století nevedl k realizaci stavby.

Rozhodujícím okamžikem byl rok 1876, kdy městská rada věnovala pozemek na horním konci Václavského náměstí. O sedm let později, v roce 1883, proběhla architektonická soutěž se 27 účastníky. Vítězný návrh Josefa Schulze se vyznačoval centrálním prostorem panteonu a zdůrazňoval monumentalitu stavby. Stavba začala 27. června 1885, hrubá konstrukce byla hotova do konce roku 1888, zpoždění způsobilo nepříznivé počasí. Muzeum bylo slavnostně otevřeno 18. května 1891, ačkoliv umělecká výzdoba byla dokončena až v roce 1901.

Výzdobu tvořili umělci generace Národního divadla – sochaři Bohuslava Schnircha, Antonína Wagnera a Antonín Popp, malíři Vojtěch Hynais, Václav Brožík a Julius Mařák, kteří na budově pracovali v letech 1885–1901. Stavební náklady překročily odhadovaných 1 740 000 zlatých a dosáhly přibližně 2 milionů zlatých.

Budova čelila četným zkouškám v průběhu 20. století. V květnu 1945 ji poškodila nevybuchlá bomba z Pražského povstání. Nejvážnější škody vznikly v srpnu 1968, kdy ji zasáhly střely armád Varšavské smlouvy – poničena byla fasáda, pískovcové sloupy, depozitáře a ředitelská pracovna. Opravy v letech 1971–1973 využily kamenné plomby a budova byla natřena černou barvou, která se stala její charakteristickou črtou. Při výstavbě trasy A pražského metra v 70. letech došlo k poškození západní věže během budování vestibulu stanice Muzeum. Komplexní rekonstrukce v letech 2011–2018 stavbu vrátila do původního stavu.

Dnes stojí jako chráněná národní kulturní památka. Jejím předmětem ochrany je architektura budovy, sochařská výzdoba exteriérů i interiérů, nástěnné malby, uměleckořemeslné detaily a bohatý historický mobiliář, které ji činí důležitou součástí českého kulturního dědictví.