Заснований 1889 року та відкритий 1890 року, першою метою музею був збір та виставлення археологічних матеріалів, виявлених під час розкопок після об'єднання Римської папської держави з Королівством Італією.

Початкове ядро колекції музею походить від Музео Кірхеріано (Кірхерійський музей), археологічних творів, що зібрані антикваром та єзуїтським священником Афанасієм Кірхером, який раніше розміщувався в єзуїтському комплексі Сант-Іньяціо. Колекцію націоналізувала держава у 1874 році, після придушення Товариства Ісуса. Кірхерійський музей перейменовано на Королівський музей, а його колекцію планували перенести до Музео Тіберино (Тіберинський музей), що так і не було завершено.

У 1901 році італійська держава подарувала Національному римському музею нещодавно придбану колекцію «Людовізі», а також важливу національну колекцію античної скульптури. Знахідки часу оновлення міст кінця XIX сторіччя додали до колекцій.

У 1913 hjws міністерським указом схвалено поділ колекції Музео Кірхеріано серед усіх музеїв, що були створені за останні десятиріччя: Національним римським музеєм, Національним етруським музеєм, Віллою Джулія та Музеєм замку святого янгола.

Національний римський музей було розміщено у колишньому картузіанському монастирі, що був розроблений у 16 сторіччі Мікеланджело у лазнях Діоклетіана. Тепер у Мікеланжелеському монастирі розміщені епіграфічні та доісторичні частини сучасного музею, коли головна колекція античного мистецтва була перенесена у сусідній Палаццо Массімо алле Терме, що придбаний італійською державою у 1981 році.

Перетворення місцевості стародавніх лазень, й згодом, картузіанського монастиря, на виставковий простір розпочалося з нагоди Міжнародної виставки мистецтва 1911 року; ці зусилля були завершені у 1930-х.