Nosiło ono początkowo nazwę Muzeum Narodowe (Nationalmuseet), którą wkrótce zmieniono na Norweskie Państwowe Centralne Muzeum Sztuk Plastycznych (Den norske stats sentralmuseum for billedkunst), a następnie na Nasjonalgalleriet.
Neorenesansowy budynek galerii, położony przy ulicy Universitetsgata 13, zaprojektował architekt H.E. Schirmer. Galeria zaczęła gromadzić swoje zbiory drogą zakupów i donacji. Na przestrzeni dziejów tej instytucji zgromadzono największą w Norwegii kolekcję sztuki norweskiej i światowej, na którą składa się ok. 4500 obrazów, 900 rzeźb oryginalnych, 950 odlewów gipsowych, 17 300 rysunków i 25 000 grafik.
W latach 80. XIX wieku muzeum uzyskało własną siedzibę – dzisiejszą środkową część budynku galerii, który został rozbudowany w latach 1904–1907 (skrzydło południowe) i 1918–1924 (skrzydło północne) w celu zapewnienia przestrzeni dla powiększających się zbiorów, a także pomieszczeń dla sali odczytowej i biblioteki. Choć głównym założeniem muzeum było gromadzenie i prezentowanie sztuki norweskiej, to z czasem zgromadzono również znaczące dzieła sztuki światowej, zwłaszcza francuskiego impresjonizmu. Do głównych atrakcji muzeum należą obrazy Edvarda Muncha: Krzyk i Madonna. Zbiory muzeum prezentowane są jako wystawa stała oraz wystawy czasowe.