W okresie stalinowskim muzeum poddano silnej ideologizacji. W latach 1930–1980 działało pod nazwą „Kijowskie Państwowe Muzeum Sztuki Zachodniej i Orientalnej”. Pod względem wartości zbiorów było trzecim muzeum sztuki w ZSRR.
Podczas II wojny światowej część kolekcji została ewakuowana, a inne eksponaty zrabowano. Po wojnie muzeum rozpoczęło działania mające na celu odzyskanie utraconych dzieł.
W latach 1986–1998 przeprowadzono gruntowny remont budynku muzeum. W 1999 przywrócono historyczną nazwę instytucji. Od tego czasu rozwijano nowe wystawy stałe, m.in. sztuki europejskiej, bizantyjskiej i azjatyckiej. W 1999 z okazji 150 rocznicy urodzin Bohdana Chanenki Muzeum nadano imię założycieli, a od 2011 nosi ono oficjalną nazwę Narodowe Muzeum Sztuki im. Bohdana i Warwary Chanenków.
Po ataku Rosji na Kijów w 2022, w celu zabezpieczenia, część zbiorów muzeum została przekazana tymczasowo do Zamku Królewskiego w Warszawie. Wśród nich znalazły się m.in.