Открыта 9 апреля 1839. Иногда датой основания считают май 1824, когда была приобретена коллекция из 38 картин Ангерстейна, которая послужила ядром будущей галереи. В 1824 правительство решило приобрести коллекцию банкира Ангерстейна: пять пейзажей Клода Лоррена, полотно Себастьяно дель Пьомбо «Воскрешение Лазаря», картины «Венера и Адонис» Тициана, «Похищение сабинянок» Рубенса, хогартовскую серию «Модный брак», портрет адмирала Хитфилда кисти Рейнольдса и «Деревенский праздник» Уилки.

Картины выставлялись на улице Пэлл-Мэлл в доме № 105. 2 апреля 1824 парламент постановил выделить для этой цели 57 тыс. фунтов стерлингов вместе с 3 тыс. фунтов на первые нужды галереи. Затем Джордж Бомонт пополнил коллекцию новыми картинами: пейзаж Каналетто «Дом каменотеса», композиция Уэста «Орест и Пилад», Уилки «Слепой скрипач», пейзаж Рубенса «Пейзаж с замком Стен». Число картин достигло 54.

В 1831 галерея пополнилась большим числом картин, завещанных коллекционером Холуэлл-Карром («Святой Георгий» Тинторетто, «Святое семейство» Тициана, «Святое семейство» Андреа дель Сарто, «Купающаяся в ручье женщина» Рембрандта). В 1831 в галерее насчитывалось 105 картин.

Рост галереи вызвал необходимость в создании соответствующего помещения. В 1831 началась постройка здания по проекту архитектора Уилкинса на северной стороне Трафальгарской площади. В 1838 галерея была торжественно открыта для публики.

В 1836 был издан первый каталог всего собрания в двух томах, в которых были даны гравированные воспроизведения всех 114 картин с подробным описанием каждой из них.

В 1838 по завещанию лорда Фарнбру галерея пополнилась такими картинами как «Вечер» Рубенса, «Пейзаж с закатом солнца», «Пейзаж с замком Стен», «Водопой», «Телега, едущая на рынок» Гейнсборо, «Хлебное поле» Констебла.

В 1847 Роберт Верон подарил галерее 156 картин английских художников. В 1851 после смерти художника Джозефа Маллорда Уильяма Тернера по его завещанию перешло 300 своих картин и 19 тысяч рисунков и акварелей. В 1857 приобретена коллекция Ломбарди-Бальди (картины Дуччо, Маргарито из Ареццо, Паоло Уччелло).

В 1869 галерея получила пять новых залов.

В 1875 галерея пополнилась коллекцией из 94 картин Уинна Эллиса, которые он завещал Национальной галерее. Т.о. число картин в галерее достигло тысячи.

В 1876 было построено восточное крыло галереи.

В 1884 были куплены «Мадонна Ансидеи» Рафаэля и «Конный портрет Карла I» Ван Дейка.