Muzeum powołane w 1862 r. jako Muzeum Sztuk Pięknych w Warszawie. W 1916 r. uchwałą Zarządu Miasta zostało przekształcone w Muzeum Narodowe m.st. Warszawy, a w 1918 r. – w Muzeum Narodowe. Do wybuchu II wojny światowej było muzeum miejskim. Do jego upaństwowienia doszło w 1945 r.

Przedwojenne zbiory muzeum obejmowały: zabytki archeologiczne, dawne malarstwo europejskie, dawne i współczesne malarstwo polskie, rzeźbę, rzemiosło i sztuki zdobnicze, numizmaty, zbiory graficzne i rysunkowe, zbiory etnograficzne oraz zbiory ikonograficzne.

Muzeum Narodowe w Warszawie było jedną z najlepiej przygotowanych na wypadek wojny instytucji kultury w Polsce. Wiosną 1939 r. dyrektor Stanisław Lorentz, zaniepokojony sytuacją w Europie, rozpoczął wraz ze współpracownikami akcję zabezpieczania zbiorów MNW. 1 września 1939 r. najcenniejsze dzieła były już ukryte, pakowano kolejne zabytki. Mimo bombardowań Warszawy pracownicy muzeum z narażeniem życia zabezpieczali dzieła sztuki. Niestety, już w pierwszych tygodniach wojny wiele zostało zniszczonych lub uszkodzonych.

Za najbardziej spektakularną należy uznać akcję ratowania matejkowskiej Bitwy pod Grunwaldem, która przed II wojną światową znajdowała się w kolekcji Zachęty. Dzieło wywieziono do Lublina, w 1944 r. poddano konserwacji, a w 1949 r. trafiło na stałą ekspozycję Muzeum Narodowego w Warszawie.

W listopadzie 1939 r. do muzeum wkroczyli przedstawiciele powołanego przez Generalnego Gubernatora Hansa Franka Specjalnego Pełnomocnika do Sporządzenia Spisu i Zabezpieczenia Dzieł Sztuki i Zabytków Kultury (Dienststelle des Sonderbeauftragten für die Erfassung und Sicherung der Kunstund Kulturschätze). Urząd ten działał na podstawie rozporządzeń sprzecznych z prawem międzynarodowym i w praktyce prowadził systematyczny rabunek majątku państwa polskiego.

Warszawscy muzealnicy na wszelkie sposoby starali się utrudnić ten proceder, prowadzili też szczegółową dokumentację wywożonych dzieł. Muzeum Narodowe w Warszawie zaczęło przyjmować jako depozyty lub na przechowanie z polecenia władz okupacyjnych zarówno większe zbiory publiczne (np. Państwowe Zbiory Sztuki, zbiory Towarzystwa Zachęty Sztuk Pięknych), jak i kolekcje osób prywatnych. Dzieła były inwentaryzowane, w miarę potrzeby konserwowane i pakowane. Przez cały okres okupacji muzeum pełniło funkcję składnicy oraz centralnego magazynu zbiorów artystycznych i archeologicznych zwożonych z terenu Warszawy i okolic. Część zbiorów z polecenia władz okupacyjnych (wraz z wyselekcjonowanymi najcenniejszymi zabytkami z innych kolekcji warszawskich) została jesienią 1943 r. przewieziona do Krakowa i zdeponowana na Wawelu. Po kilku miesiącach, z powodu zbliżającego się frontu wschodniego, dzieła ewakuowane zostały na Dolny Śląsk, a część z nich wywieziono w głąb Rzeszy.

Po wybuchu powstania warszawskiego gmach Muzeum Narodowego w Warszawie został przejęty przez niemieckie oddziały SS. Od 3 sierpnia 1944 r. w budynku stacjonowało wojsko. Na skutek dokonywanych przez niemieckich żołnierzy grabieży i aktów wandalizmu muzeum poniosło największe straty.

Po upadku powstania i kapitulacji Warszawy, dyrektor Lorentz i jego współpracownicy zostali wywiezieni do Pruszkowa. Podjęli się wówczas brawurowej akcji mającej na celu ewakuację i ochronę pozostałych w Warszawie dzieł sztuki. Działania te – nazwane „akcją pruszkowską” – pozwoliły ocalić wiele cennych dzieł.

Straty wojenne Muzeum Narodowego w Warszawie szacuje się na ok. 12 tysięcy obiektów, czyli około 10 proc. przedwojennych zbiorów.

Wśród najcenniejszych, wciąż poszukiwanych strat wojennych, znajdują się:

• Święto Trąbek. Żydzi modlący się na brzegu Wisły koło Cytadeli, Aleksander Gierymski, 1888, olej na płótnie, 101 × 132 cm, nr w bazie strat wojennych: 6716;
• Pierrot, Witold Wojtkiewicz, 1907, olej na płótnie, 50 × 62 cm, nr w bazie strat wojennych: 6924;
• Madonna z Dzieciątkiem, św. Janem i św. Hieronimem, krąg Gerarda Davida?, tempera na desce, 85,5 × 87 cm, nr w bazie strat wojennych: 3604;
• Chrystus upadający pod krzyżem (szkic), Peter Paul Rubens?, olej na desce, 60 × 47,5 cm, nr w bazie strat wojennych: 3615.

Po 1989 r. dzięki działaniom MKiDN odzyskano m.in.:

• w 2011 r. – obraz Pomarańczarka Aleksandra Gierymskiego, 1880–1881;
• w 2011 r. – obraz Murzynka Anny Bilińskiej-Bohdanowiczowej, 1884;
• w 2011 r. – obraz W pracowni malarza Leona Wyczółkowskiego, 1883;
• w 2014 r. – obraz Schody Pałacu Dożów Francesco Guardiego, 2. poł. XVIII w.;
• w 2014 r. – obraz Chrzest dworzanina królowej etiopskiej Johanna Conrada Seekatza, XVIII w.;
• w 2015 r. – obraz Portret mężczyzny Krzysztofa Lubienieckiego, 1728;
• w 2018 r. – obraz Portret damy Melchiora Geldorpa, 1628;
• w 2018 r. – Lekyt czerwonofigurowy, Attyka, Grecja, 1. poł. IV w. p.n.e.;
• w 2019 r. – obraz Wnętrze katedry w Mediolanie Marcina Zaleskiego, 1834;
• w 2020 r. – obraz Przy fortepianie Jacka Malczewskiego, 1877.