晚清時期
清宣統元年七月二十五日（1909年9月9日），清政府批准軍機大臣、學部尚書張之洞的奏請，籌建京師圖書館（國家圖書館前身），調內閣大庫、翰林院、國子監南學書，以及文津閣《四庫全書》、敦煌劫餘遺書作爲基本館藏。京師圖書館成立後，繆荃蓀首任監督。
1916年，教育部飭京師圖書館，凡在內務部立案的出版圖書均交京師圖書館庋藏，國家圖書館職能開始體現。
民國時期
1928年，南京國民政府成立；同年7月，國立京師圖書館更名爲國立北平圖書館，隸屬大學院。爲解決經費問題，經南京國民政府教育部與中華教育文化基金董事會（簡稱“中基會”）談判並簽定協議。
1929年8月，國立北平圖書館與中基會屬下的北海圖書館合併，合併後館名仍爲國立北平圖書館，直接接受南京政府教育部和中基會合組的國立北平圖書館委員會領導。中海居仁堂爲一館，北海慶霄樓爲二館。
1931年，在文津街建成了新館舍。
抗日戰爭期間，該館部分館藏和館員南遷，並陸續在上海、香港、昆明、重慶等地建立了辦事處。抗日戰爭勝利後，該館駐各地辦事處及藏書，除存美國國會圖書館的善本書和自南京運臺北的18箱內閣大庫輿圖外，陸續運回北平。在此時期內，該館多次遇到嚴重的經濟困難。
建國初期
中華人民共和國成立後，1949年9月27日更名爲國立北京圖書館，歸屬文化部領導。
1951年6月，更名爲北京圖書館。
1958年6月，改屬北京市領導。
1960年11月，重歸文化部領導。
改革開放
1975年3月，共和國第一任總理周恩來提議並批准興建北京圖書館新館。
1998年12月，經國務院批准，北京圖書館更名爲國家圖書館，對外稱中國國家圖書館。
1999年4月16日，江澤民主席爲中國國家圖書館題寫館名。
中國國家圖書館的自動化工作起步於70年代中期。1989年大型計算機綜合管理系統啓動，進行圖書館自動化應用系統的開發與實踐。
從1995年開始，按照數字化、網絡化建設的思路，制定了《國家圖書館網絡建設發展規劃（1997-2000）》，集中力量，在網絡建設、軟件開發、數據加工等方面開展攻關。
1999年2月，在中國國內圖書館界率先採用先進的千兆位以太網絡技術，開通了擁有3000個信息節點的館域網，將各個應用子系統連接起來。在互聯網建設方面，開通了國際互聯網中國國家圖書館站點；分別與國務院辦公廳、清華大學、北京大學等實現了100M速率的專線聯接；與中國計算機公用網、中國教育科研網、中國科技網及北京有線電視網、國家廣播電影電視總局全國有線電視網、網通等實現了高速互聯，使國家圖書館初步建成網上信息資源的中心樞紐。
2001年11月，經國務院批准，“國家圖書館二期工程暨國家數字圖書館工程”正式立項，作爲國家信息產業基礎建設的重要內容，已列入國家“十五”計劃，國家經費總投入爲12.35億元，開始付諸實施。
2002年起，中國國家圖書館還承擔了二項國家重點文化工程：“中華再造善本工程”、“送書下鄉工程”。
2003年10月28日，中國國家圖書館ALEPH500計算機綜合管理系統已全面投入運行。
開發成果
文獻開發
中國國家圖書館出版社2016年度出書319 種，比去年同期增加28.11%。其中：新版書245種，比去年同期增加 19.51%；重印書74 種，比去年同期增加68.18%。
2016年，發佈出版的《中國圖書館年鑑2016》全面反映2015年中國圖書館界的發展狀況。
2016年9月，由中國國家圖書館出版社出版的《國家圖書館年鑑2016》全書共計52萬字，圖片169 幅，統計表 30個。
2016年9月，由中國圖書館編著的圖書《我的抗聯歲月——東北抗日聯軍戰士口述史》、《最危險的時刻——東北抗聯史事考》和《請把我埋在戰鬥過的地方——追尋遠去的抗聯》出版首發。
學術成果
截至2016年12月，中國國家圖書館員工入選國家社科基金成果文庫1項，正式發表的成果包括著作類（包括參與編撰等）26部，論文330篇。
學術期刊
《中國圖書館學報》創刊於1957年，是由中華人民共和國文化和旅遊部主管、中國國家圖書館和中國圖書館學會主辦的國家級圖書情報學專業期刊。《中國圖書館學報》被定爲國家級核心期刊、中國期刊方陣期刊，並獲國家期刊獎之百種重點期刊獎，連續被評爲全國優秀圖書館學期刊。被國際上許多著名的檢索期刊如《烏利希國際期刊指南》、《圖書館文獻》和《最新連續出版物題錄》等收錄。
《國家圖書館學刊》是由文化部主管、中國國家圖書館主辦，中國國內外公開發行的圖書情報專業學術刊物，主要面向中國國內外圖書館、大專院校及科研單位的廣大圖書情報專業工作者。
2016年《文獻》期刊共出版6期，刊發各類稿件107篇。開設 “國家社科基金重大項目文獻研究成果”專欄。
所獲榮譽
2016年，獲2015年度文化信息工作先進單位。
2016年，獲2016年度文化部政府網站羣績效評估年度最佳獎。
2016年，獲2016年中國圖書館展覽會優秀展示獎。
2016年，獲海淀區2016年度交通安全先進單位。
手抄報三：圖書館宣傳語
1、國圖如海，我如魚。
2、別因有意思就有意“撕”。
3、本圖書館所有知識免費，但請自備容器。
4、靜心吸吮知識源泉，更顯真才實學本色。
5、眼觀古今中外，耳需一時清靜。
6、帶走滿腹知識，留下一架好書。
7、不讀書，個人就會被羣體和迷思所淹沒。
8、一個國家民族的靈魂精神，在文化。文化的中心在文字。
9、一個人的閱讀史就是一個人的精神發育史；一個人的閱讀水平決定一個人的精神境界。
10、愛書如己沉默是金。
11、借書還 書彬彬有禮，來館離館默默無聲。
12、人生的價值不在於讀書，但讀書可以實現人生的價值。
13、靜立窗前觀雲起默坐桌邊聞書香。
14、閱讀就像吃東西，不要偏食，要多樣化，要開發出各種精神上的味酶。
15、魯迅圖書館是您人生的好幫手。
16、讀書創造卓越，知識成就夢想。
17、讀書是自娛自樂，教書是助人爲樂。
18、輕輕地我走了，正如我輕輕地來。
19、日日蒸文煮句，不亦樂乎；讀書之妙，存乎一心
20、我不會污損書籍，因爲書籍是我的精神食糧！
21、愛護圖書，人人有責。
22、書海無涯，國圖有舟。
23、書山有路，徑在國圖。
24、風流不在談鋒勝，袖手無言味最長。
25、吾愛吾師，吾更愛圖書館。
26、圖書館是大學城的心臟。
27、爭做文明讀者共創和諧環境。
28、把閱讀變成一種習慣，把寫作當作一種思考。
29、書山之高、學海之深，到圖書館一看就知道了，人類文明就這樣聳立在你的面前。
30、心靈的溝通不需要過多的言語。
