Музей искусства основан в 1862 году под названием «Музей изящных искусств». До 1916 года музей находился в одном здании со Школой изящных искусств.
Коллекция музея состояла из картин из фонда школы и гравюр из Государственной библиотеки. В 1916 году музей перешёл в собственность города Варшавы и получил название «Национального музея».
Собственное здание музея было построено в 1927—1938 годах по проекту архитекторов Тадеуша Толвинского и Антона Дыгата, и расположено по адресу: Иерусалимские аллеи, 3. В 1964—1972 годах с южной стороны пристроена новая часть здания по проекту архитекторов Кароля Голавского и Стефана Козинского.
Во время второй мировой войны гитлеровские оккупанты вывезли значительную часть коллекции. Во время Варшавского восстания1944 года значительная часть оставшихся экспонатов была уничтожена.
В 1961—1964 годах археологические раскопки польских учёных под управлением профессора Казимежа Михаловского в Фарасе (северный Судан) принесли богатую коллекцию искусства древних христиан-коптов.
В настоящее время
Коллекция музея представляет собой собрание произведений искусства от античности до XX века.