La primera col·lecció es va formar amb les peces arqueològiques del Museu Kircheriano i les nombroses noves descobertes a Roma durant el planejament de la ciutat després que es convertís en la nova capital del nou Regne d'Itàlia. En principi es pretenia que es mostrés en un «Museu Tiberino» -que mai es va portar a terme-, però el 1901 l'Estat va atorgar el benefici a la institució de la Vil·la Ludovisi i la important col·lecció nacional d'escultures antigues.

La seva seu es va establir en el claustre del segle xvi construït per Miquel Àngel en part del lloc ocupat per les termes de Dioclecià, que encara és la seva seu principal. Aquesta adaptació dels edificis a un nou propòsit va començar a l'Exposició de 1911 i es va acabar als anys 1930. Als anys 1990, en una transformació, les col·leccions del museu es van dividir en quatre llocs diferents.

El circuit de museus del Museu Nacional Romà, l'any 2013 va ser el vintè lloc més visitat de l'estat italià, amb 247.795 persones i un ingrés brut total de 909,016.50 euros.[1]