Основой живописной коллекции галереи стали произведения из отделов изобразительного искусства исторических музеев Минска, Витебска, Могилева и Гомеля. Несколько произведений из своих фондов подарили Третьяковская галерея и Русский музей, Музей изобразительных искусств имени А.С.Пушкина и Государственный Эрмитаж. В коллекцию новой галереи вошли произведения известных советских художников.
После воссоединения в сентябре 1939 года западнобелорусских земель с БССР в галерею поступили произведения из национализированных усадеб и замков Западной Беларуси, в том числе и часть коллекции дворца князей Радзивиллов в Несвиже. Таким образом, коллекция пополнилась богатым собранием слуцких поясов, французских гобеленов XVIII века, портретной живописи XVI-XIХ веков.
Однако в годы Великой Отечественной войны коллекция была почти полностью утрачена — ее готовили к эвакуации, но не успели вывезти. Судьба довоенного собрания галереи до сих пор неизвестна. Поиск его затруднен отсутствием каталога довоенных экспонатов музея.
Второй этап истории музея связан с 33-летней подвижнической деятельностью заслуженного деятеля искусств Беларуси директора галереи с 1944 года Елены Аладовой, заведовавшей до войны отделом русского и белорусского искусства. После освобождения Минска галерее предоставили четыре комнаты в Доме профсоюзов. Благодаря энергии и энтузиазму немногочисленных первых сотрудников музей буквально восстал из пепла.
В 1946 году в фондах было уже 317 произведений. Места для экспозиций не хватало. Аладова получила разрешение на строительство здания для музея. Строительство картинной галереи с десятью просторными залами, расположенными на двух этажах, было завершено в 1957 году.
5 ноября 1957 года торжественно открылся Государственный художественный музей БССР (так с 10 июля 1957 года стала называться бывшая картинная галерея). Коллекция музея в те годы уже достигла довоенного количества и насчитывала около 3 тыс. произведений русского, советского и белорусского искусства.
На 1970-е — начало 1980-х годов пришелся пик выставочной деятельности музея. Коллекция белорусской современной живописи и графики из фондов музея путешествовала по странам социалистического содружества. В 1977 году директором музея стал художник-график Юрий Карачун. Как председатель белорусского отдела Международного совета музеев (ICOM) он проделал большую работу по охране памятников белорусской старины, планомерной реставрации Мирского замка и обретению им статуса филиала музея.
В последующие два десятилетия музей превращался в крупный музейный комплекс. Открылись несколько филиалов музея: районная картинная галерея в Гуринах под Мозырем, Музей народного искусства в Раубичах, Музей В.К.Бялыницкого-Бирули в Могилеве, архитектурный комплекс XVI-XVIII веков в Гольшанах, дворцово-парковый комплекс XV-XX веков в Мире.
В 1980-е годы активно пополнялись все коллекции — им уже тесно было в старом здании. Экспозиционные залы первого этажа приходилось приспосабливать под хранилища, жертвуя экспозицией современного белорусского искусства. Из-за недостатка экспозиционных площадей музей вынужден был показывать только малую часть своей коллекции. В 1989 году на баланс музея был передан дом №25 по ул.Кирова, в 1999-м — пятиэтажное здание №22 по ул.Ленина.
В 1993 году постановлением Совета Министров Республики Беларусь Государственному художественному музею был придан высокий статус Национального художественного музея Республики Беларусь. В 1998 году директором музея назначен Владимир Прокопцов.
Музей неоднократно посещал Президент Республики Беларусь Александр Лукашенко, который взял под личный контроль вопросы его дальнейшего развития. В 1999 году в соответствии с распоряжением Президента Республики Беларусь «О комплексном развитии Национального художественного музея Республики Беларусь» было начато строительство нового корпуса — пристройки к зданию, который был введен в действие в 2007 году.
С 2023 года генеральным директором музея является Анна Кононова.
Сегодня Национальный художественный музей — крупнейшее в стране собрание национального и зарубежного искусства, где хранится более 30 тыс. экспонатов. Музей регулярно проводит научно-исследовательскую и популяризаторскую работу, налаживает регулярные выставки произведений отечественных и зарубежных мастеров, осуществляет научные и творческие связи с музеями за рубежом, организовывает выставочный обмен, проводит лекции, экскурсии.
В 2024 году все мероприятия музея будут посвящены юбилейной дате. Одно из них — новый для музея проект «Белорусская алтарная скульптура и резьба XVII-XVIII веков», который будет открыт в конце января. А уже летом в больших залах нижней галереи будет представлен проект «Символы аллегорий в искусстве Беларуси XVII-XIX веков».
Также в этом году Национальный художественный музей планирует реализовать проект, посвященный Витебской художественной школе. Кроме того, запланировано несколько выставок художников-юбиляров этого года, среди которых Илья Репин, Василий Шарангович и Павел Маслеников. Традиционно пройдет выставка «Река времени» работ белорусских художников-юбиляров.
В день открытия музейного здания, 5 ноября, музей представит проект, который называется «Коллекции Национального художественного музея Республики Беларусь. Потери в годы Великой Отечественной войны и возвращения».
