W 1714 roku Antonio Magliabecchi, uczony i bibliotekarz Kosmy III podarował Florencji swoją licząca 30 000 tomów bibliotekę. Aby rozbudowywać jej zbiory od 1737 biblioteka otrzymywała 1 kopię wszystkich wydawnictw we Florencji, a od 1743 wydawnictw z terenu Wielkiego Księstwa Toskanii. W 1747 jej zbiory udostępniono czytelnikom. W 1861 roku do zbiorów włączono Biblioteką Palatynatu i dodano do nazwy narodowa, a w 1885 roku centralna. Od 1870 roku biblioteka miała prawo do egzemplarza obowiązkowego z terenu Włoch.
Budynek Początkowo zbiory przechowywano w pałacu Uffizi. W 1911 roku rozpoczęto prace nad budową nowego budynku dla biblioteki. Projekt przygotował Cesare Bazzani. W 1935 roku biblioteka przeniosła się do nowego budynku. Mieści się on nad brzegiem rzeki Arno, obok kościoła Santa Croce, dlatego w 1966 roku powódź uszkodziła jedną trzecią zbiorów.
Zbiory Biblioteka od XVIII wieku miała prawo do egzemplarza obowiązkowego. W 1939 roku wprowadzono we Włoszech ustawę Norme per la consegna di esemplari degli stampati e delle publicazioni (Zasady przekazywania egzemplarzy druków i publikacji), która zobowiązywała drukarzy do bezpłatnego przekazywania 5 egzemplarzy obowiązkowych.