Библиотека основана Постановлением Совета Народных Комиссаров БССР от 15 сентября 1922 года как Белорусская государственная и университетская библиотека в составе Белорусского государственного университета (БГУ). На момент открытия фонды библиотеки насчитывали всего 60 тысяч экземпляров, которыми пользовались 1,1 тысячи человек. Но уже в 1926 году 5,5 тысячи читателей могли воспользоваться 300-тысячным фондом, представлявшим собой крупнейшее универсальное библиотечное собрание по всем отраслям знаний, и в первую очередь — по белорусоведческой тематике.
В 1926 году библиотека была выведена из состава БГУ и реорганизована в Белорусскую государственную библиотеку. Этим же постановлением библиотеке предоставлялось право открытия своих филиалов в городах страны.

В 1932 году библиотеке было присвоено имя Владимира Ильича Ленина. В тот же год библиотека получила новое здание, ставшее ее лицом на следующие 70 лет. В составе библиотеки был организован Библиографический институт БССР.

На начало 1941 года в фонде библиотеки было уже более 2 миллионов томов, количество читателей составляло 15 тысяч человек. Дальнейшее ее развитие было прервано Великой Отечественной войной до октября 1944 года. Боевые действия и три года оккупации практически полностью уничтожили библиотеку.

Огромная помощь в восстановлении фонда, в первоначальной его организации была оказана многими библиотеками союзных республик.

В 1972 году библиотека была награждена орденом Трудового Красного Знамени — высшей общественной и государственной наградой советского государства.

19 мая 1992 года Государственная библиотека БССР имени В. И. Ленина была переименована в Национальную библиотеку Беларуси.

16 июня 2006 года к услугам читателей было открыто новое здание — «Белорусский алмаз».