Muzeum bylo založeno roku 1867 královským dekretem Isabely II. Účelem založení muzea bylo shromáždění numismatických, archeologických, etnografických a uměleckých sbírek španělských králů. Slavnostní otevření proběhlo 9. července1871 a zúčastnil se jej i král Amadeus I.
Roku 1895 se sbírky přesunuly na současné místo, do neoklasicistní budovy, jejímž architektem byl Francisco Jareño. Stavba proběhla v letech 1866 až 1892, rozsáhlou přestavbou budova prošla roku 1968. V současné době se v této budově nachází Národní archeologické muzeum a Národní knihovna.
Krátce po začátku španělské občanské války byly z muzea ukradeny kolekce zlatých mincí a tzv. „poklad národa Quimbaya“. Tento poklad byl po válce lokalizován v Ženevě a vrácen zpět do Španělska. Zlaté mince putovaly spolu s dalšími cennostmi na jachtě Vita do Mexika, jejich další osud je však nejasný.
V roce 2008 bylo muzeum kvůli rekonstrukci uzavřeno. Podle původního plánu měla být stavba dokončena v roce 2013, ale muzeum zůstalo zavřeno až do dubna 2014.
Sbírky
Po rekonstrukci má muzeum 40 sálu a celkovou výstavní plochu 9 715 m². Sbírky jsou rozděleny do dvanácti okruhů:
Arqueología y patrimonio (Archeologie a historické dědictví)