Das staatliche Museum wurde 1842 nach einer Entschließung des Storting von 1836 begründet. Ursprünglich im Königlichen Schloss Oslo beheimatet, erhielt es 1882 ein eigenes Gebäude, entworfen von Heinrich Ernst und Adolf Schirmer. Frühere Bezeichnungen waren Den norske stats sentralmuseum for billedkunst und von 1903 bis 1920 Statens Kunstmuseum. Im Jahr 2003 wurde es Teil des Nationalmuseums für Kunst, Architektur und Design (norwegisch Nasjonalmuseet for kunst, arkitektur og design), dem Zusammenschluss des norwegischen Architekturmuseums, des Museums für Volkskunst, der Nationalgalerie Norwegens und der norwegischen Reichsausstellung.

Internationales Aufsehen erregte die Nationalgalerie im Jahre 1994 durch den Raub des Gemäldes Der Schrei, ein Hauptwerk von Munch. Das Gemälde tauchte jedoch wenig später wieder auf und die Kunsträuber wurden zu mehrjährigen Gefängnisstrafen verurteilt.[1]