La galerie royale de peintures, située dans l’aile est de l’ancien palais de Marie de Médicis, est inaugurée le 14 octobre 1750. Les œuvres des grands peintres des écoles italiennes et hollandaises y sont exposées. La galerie ferme à l’installation du comte de Provence, futur Louis XVIII, en 1780. Les œuvres sont transférées au palais du Louvre en 1790.

En 1799, le Sénat s’installe dans le palais du Luxembourg. En 1803, la galerie de peintures ouvre de nouveau et expose les tableaux de Rubens, Jordaens, Lesueur ou encore Vernet. Elle ferme en 1815 et les collections sont transférées au musée du Louvre.

La galerie devient à l’initiative du comte de Forbin, directeur des musées royaux, le musée des artistes vivants en 1818. Les acquisitions sont principalement réalisées parmi les œuvres des salons. Alors que le Salon des refusés présente l’avant-garde du temps tel que Manet, le musée n’acquiert uniquement que les œuvres du Salon, relais de l’art officiel. Ainsi entend-on le critique d’art Félix Fénéon dire des salles du musée du Luxembourg en 1879 : « les maîtres de la peinture actuelle sont absents ».

Afin de déployer les collections, Etienne Arago, directeur du musée, obtient en 1884 la construction d’un nouveau bâtiment rue Vaugirard, qui est le lieu actuel du musée. L’espace reste malgré tout une problématique. Des projets de transfert sont envisagés au séminaire de Saint-Sulpice, au ministère des finances voire à l’Hôtel des monnaies. En 1912, l’aménagement d’un pavillon annexe de l’Orangerie permet l’accueil du legs de Gustave Caillebotte, mécène des impressionnistes. Les œuvres modernes de la collection sont régulièrement exposées à l'extérieur du musée. Ainsi la collection des œuvres étrangères est conservée dès 1922 à la galerie du Jeu de Paume qui devient 10 ans plus tard le musée des écoles étrangères. En 1927, ce sont les tableaux impressionnistes qui sont envoyés au Louvre.

Dans ce contexte ainsi que dans celui de la création de grands musées d’art moderne à l’étranger tel que le Museum of Modern Art de New York en 1929, Louis Hautecoeur, alors conservateur du musée du Luxembourg, envisage la fondation d’un nouveau lieu d’exposition. L’inauguration est programmée pour l’Exposition universelle de 1937 : le président de la république Albert Lebrun inaugure le « Palais des musées d’art moderne », associant le musée national d’Art moderne et le musée d’Art moderne de la Ville de Paris. La guerre repousse néanmoins l’ouverture en raison du transfert des œuvres en province. Le musée prend le nom de palais de Tokyo et n’ouvre donc totalement que lors de son inauguration par Georges Salles le 9 juin 1947 avec les collections des écoles étrangères alors exposées au Jeu de Paume.

Le musée national d’Art moderne rejoint en 1977 le Centre d’art et de culture Georges Pompidou et en devient l’un des départements. Par décret n° 92-1351 du 24 décembre 1992, le musée national d’Art moderne fusionne avec le centre de création industrielle pour former un seul et nouveau département intitulé « Musée national d’art moderne-centre de création industrielle »."