O acervo da mais importante pinacoteca do país teve origem no conjunto de obras de arte trazido por D. João VI de Portugal, em 1808, ampliado alguns anos mais tarde com a coleção reunida por Joachin Lebreton, que chefiou a chamada Missão Artística Francesa. Este núcleo original foi enriquecido com importantes incorporações ao longo do século XIX e início do século XX.

Com a construção da nova sede da Escola Nacional de Belas Artes, em 1908 - projeto do arquiteto Moralles de los Rios - este acervo passou a ocupar parte do novo prédio. No entanto, o Museu só foi criado formalmente em 1937, oferecendo ao público mais de 6.700 m² de áreas de exposição.

Nos últimos anos, o Museu vem passando por um processo global de recuperação, especialmente de suas reservas técnicas, laboratórios, sistema elétrico, fachadas e cúpulas.