国立西洋美術館は、フランス政府から寄贈返還された松方コレクション（川崎造船所社長、衆議院議員を務めた松方幸次郎が、大正初期から昭和初期の1910年代から1920年代にかけて築いた印象派絵画やロダンの彫刻などを中心とするフランス美術コレクション）を基礎に、1959（昭和34）年4月に発足した。

以来、広く西洋美術全般を対象とする唯一の国立美術館として、展覧事業を中心に運営が行われている。

戦後、1951年のサンフランシスコ講和会議の際に、首相吉田茂がフランスの外務大臣に要求して（連合国に管理されていた個人の財産は所有者に返還されるという平和条約による）、松方コレクション返還交渉が開始されることとなった。

しかし、その後の交渉の中で、コレクションの中で重要な、ゴーギャンやゴッホなどいくつかの作品についてはフランス側が譲らず、結局、絵画196点、素描80点、版画26点、彫刻63点、書籍5点の合計370点の作品が、美術館を建設して展示するという条件付きで返還された。それらを受入れるのための美術館は、ル・コルビュジエにより基本設計が行われ、1959年に国立西洋美術館として開館した。

1979年には、前川國男設計によって新館が設立された。常設展としては、年間を通して、松方コレクション作品および創立以来毎年購入しているルネサンス以降20世紀初頭までの作品および寄贈・寄託作品の展示を開催している。

また、1997年（平成9年）に竣工した企画展示館において欧米の美術館等からの借用作品による新聞社等との共催展を年3回程度開催し、西洋美術の紹介に力を注いでいる。

2016年5月17日、国立西洋美術館の建築が、「ル・コルビュジエの建築作品」として世界遺産への登録が正式に勧告されることが決まった。ユネスコ世界遺産委員会の諮問機関「イコモス」によって、「ル・コルビュジエの建築作品」の17施設が、世界遺産に登録するよう勧告される。フランスが代表となり、スイス、ドイツ、日本など7か国が共同で推薦しており、トルコで7月に開催される世界遺産委員会で、正式な登録が決定すれば、大陸をまたいでの初めての世界遺産登録となる。国立西洋美術館の建築は、日本唯一のル・コルビュジエの建築作品である。