Nacionalinės dailės galerijos pagrindinis pastatas suprojektuotas 1968 m., pastatytas 1980 m. Jo autoriai – architektai Gediminas Baravykas ir Vytautas Vielius.
Čia 1980-1991 m. veikė LTSR revoliucijos muziejus.
1991 m. Lietuvos Kultūros ir švietimo ministerija pastatą su jam priklausančia teritorija perdavė Lietuvos dailės muziejui.
1993 m. šiame pastate atidarytas LNDM padalinys – Nacionalinė dailės galerija. Jame veikė nuolatinės lietuvių liaudies meno ir skulptoriaus Vytauto Kašubos (1915-1997) dovanotų kūrinių ekspozicijos, buvo rengiamos parodos.
1999 m. dėl blogos techninės būklės pastatas buvo uždarytas. 2002 m. Lietuvos Respublikos Vyriausybė patvirtino LDM parengtą NDG koncepciją.
2003 m. Lietuvos Respublikos Vyriausybė patvirtino „Lietuvos tūkstantmečio programą”, į kurią įtraukė NDG rekonstrukciją su išplėtimu. 2003 m. LDM ir Lietuvos architektų sąjunga surengė NDG rekonstrukcijos su išplėtimu architektūrinės idėjos konkursą. Konkursui buvo pateikti 8 Lietuvos architektų projektai. Galerijos rekonstrukcijos ir išplėtimo įgyvendinimui pasirinktas I vietą konkurse laimėjęs architektų Audriaus Bučo, Dariaus Čaplinsko ir Gintaro Kuginio projektas.
2005 m. įvyko NDG rekonstrukcijos su išplėtimu generalinio rangovo konkursas. Generaliniu rangovu išrinkta UAB „Vėtrūna”.
2005 m. NDG buvo suteikta Japonijos kultūros rėmimo programos parama – 30,1 mln. Japonijos jenų (apie 760 tūkst. Lt) vertės įranga galerijos konferencijų ir kultūros renginių salei.
2009 m. NDG atvėrė duris lankytojams. Joje vyko vienas didžiausių „Vilniaus Europos kultūros sostinės 2009″ projektų – tarptautinė paroda „Spalvų ir garsų dialogai. M. K. Čiurlionio ir amžininkų kūryba”.
Nacionalinė dailės galerija – virtualus turas 
Lietuvos muziejų virtualūs gidai:
Tauragės krašto muziejus „Santaka“ – virtualus turas
Žemaičių muziejus „Alka“ – virtualus turas
Lietuvos aviacijos muziejus – virtualus turas
Chaimo Frenkelio vilą – virtualus turas
Zarasų krašto muziejus – virtualus turas
Medininkų pilis – virtualus turas
Ignalinos krašto muziejus – virtualus turas
Šilutės Hugo Šojaus muziejus – virtualus turas
Raudondvario pilis, Kauno rajono muziejus – virtualus turas
Prano Domšaičio galerija – virtualus turas
Kelmės krašto muziejus – virtualus turas
Lietuvos tarpukario architektūra – virtualus turas
MO muziejaus virtualus turas po parodą „Rūšių atsiradimas. 90-ųjų DNR“
Lankytinos vietos Kaune – virtualūs turai
Vilniaus pilių teritorija – virtualus turas
Klaipėdos laikrodžių muziejus – virtualus turas
Palangos gintaro muziejus – virtualus turas