מקורה של הספרייה הלאומית של צרפת בספרייתו של המלך, שנוסדה בארמון הלובר במאה ה-14, בתקופת שלטונו של שארל החמישי. הספרן הראשי של המלך היה ז'יל מלה (Gilles Mallet).[1] ספרייה זו פוזרה לאחר מותו של שארל השישי (1422). בתקופת מלכותו של נכדו לואי ה-11 הוקמה ספרייה חדשה שעברה בירושה ממלך לבא אחריו, אולם רק מאז תקופתו של שארל השמיני, בסוף המאה ה-15, החלה להישמר רציפות כלשהי באוספי הספרייה, מבלי שחלקים מהם ייעלמו מעת לעת. שארל השמיני היה הראשון להכניס לאוספים דברי דפוס. הספרייה הועברה לאמבואז ומאוחר יותר פוצלה, על ידי המלך פרנסואה הראשון, לספרייה מלכותית נוספת בבלואה שבפונטנבלו. ב-1544 אוחדו שתי הספריות בפונטנבלו. פרנסואה הראשון חוקק את "חוק מונפלייה" בשנת 1537. חוק זה, שחייב מסירת עותקים של מסמכים שנכתבו בצרפת לספרייה, במטרה ליצור אוסף לאומי, היה חוק ההפקדה הראשון בתקופה המודרנית. הספרייה הוחזרה לפריז בשנת 1568.[2] היא עברה התפתחות משמעותית תחת לואי ה-14, ונפתחה לציבור ב-1692. לאחר מספר מעברים נוספים התמקמה הספרייה בשנת 1720 ברחוב רישלייה, שם נמצא כיום "אתר רישלייה" שלה.[3] עם שינויי המשטר שעברו על צרפת החל מ-1789, הפך המוסד ל"ספרייה הלאומית", ואחר כך ל"ספרייה הקיסרית", שעברה לשכון במבנה שהוקם על ידי אנרי לברוסט (Henri Labrouste) ב-1868.

השינויים שעברו על המוסד באו לידי ביטוי גם במעברי מיקום, כשהמעבר האחרון, לאתר טולביאק (Tolbiac) היה החשוב ביותר, ואליו נלווה גידול בשטחי השימוש, בנייה חדשה, הרחבת מבנים קיימים, ואחסון האוספים בעומק האדמה (באתר רישלייה) או בגובה (באתר טולביאק). במרוצת המאות ידעה הספרייה התפתחויות טכניות רבות, אליהן הגיעה לעיתים באיחור מה. התפתחויות אלו הביאו עמן את הופעתן של תעודות מגוונות יותר. טכנולוגיות שונות הוכנסו לשימוש עם כינונם של קטלוגים מורכבים יותר ויותר (קטלוגים בכתב יד ובדפוס, ומאז 1987 קטלוגים דיגיטליים). מעמדה של הספרייה התפתח גם הוא, מספרייה ריבונית לשירות של המדינה ועד למוסד ציבורי אוטונומי. כמו כן, הספרייה גיוונה מאוד את פעילויותיה, בראש ובראשונה בארגון תערוכות, כנסים ואירועים תרבותיים נוספים. היא כוננה, בנוסף, שיתוף פעולה עם ספריות נוספות, ראשית עם מקורות צרפתיים ושנית עם מקורות מחוץ לצרפת.

מעל לכל, עיקר ההיסטוריה של הספרייה הוא צמיחה בלתי פוסקת של אוספים. ההפקדה על-פי חוק הגדילה ברציפות אוספים של מסמכים מסוגים שונים, והיא המקור החשוב ביותר לצבירת האוסף. הספרייה הלאומית נהנית גם מתרומות רבות, לעיתים תרומות של פריטים בודדים, אך גם של אוספים שלמים. החלפות ספרים הן מקור נוסף לספרים, במיוחד של פרסומים שמקורם מחוץ לצרפת. פרסומים מארצות אחרות נרכשים בכסף (מדובר בעיקר בפרסומים חדשים, אך לעיתים גם ברכישה של מסמכים נדירים במכירה פומבית). על הגדלת האוסף באמצעות רכישה ניתן דגש רב או מועט, בהתאם לתקופה ובתקציב שניתן לספרייה. הספרייה הלאומית של צרפת מקבלת מדי פעם פריטים שמקורם בהחרמות ועיקולים. אוספיה התעשרו באופן זה במיוחד בזמן המהפכה הצרפתית. הספרייה קיבלה, כמו כן, מימון מקיף, במקור בעיקר ממנזרים, מקולז'ים ומאוניברסיטאות שנסגרו או דוכאו, רובם באזור פריז. בנוסף, קיבלה הספרייה מסמכים שהוחרמו ממדינות שכנות.

משנת 1988 עברה הספרייה הלאומית של צרפת תקופה של שינויים חשובים. ב-14 ביולי, נשיא צרפת, פרנסואה מיטראן, בעצתו של ז'אק אטלי, הכריז על "הקמתה והסדרתה של אחת הספריות הגדולות והחשובות בעולם... שתכסה את כל תחומי הידע, תהיה ברשות הכול, תשתמש בטכנולוגיות המודרניות ביותר לשיגור נתונים, בה ניתן יהיה להיוועץ ממרחק, ולה יהיו קשרים עם ספריות אירופאיות אחרות".[4] האתר שנבחר היה ברובע טולביאק החדש (שברובע השלושה-עשר של פריז) שבגדה השמאלית, אזור שעבר את ההתחדשות העירונית הנרחבת ביותר בעיר. הפרויקט האדריכלי של דומיניק פרו (Dominique Perrault) נבחר. הספרייה הלאומית החדשה של צרפת נפתחה לציבור ב-20 בדצמבר 1996, ולאחר העברת האוספים המרכזיים מאתר הספרייה שברחוב רישלייה, נפתח האתר, באוקטובר 1998, בפני חוקרים.