13-cü əsrdə Praqanın Köhnə Şəhərindəki Dominikan monastırında Studium generale məktəbi yaradılmışdır. Bu məktəb, o cümlədən kitabxanası 14-cü əsrdə universitetlə birləşdi.

1556-cı ildə Yezuit Ordeninin rahibləri Dominikan monastırının qalıqları üzərində Klementinum adlı internat məktəbi tikdirdilər. 1622-ci ildən etibarən Yezuitlər Çarlz Universitetini də idarə edirdilər və onların bütün kitabxanaları Klementinumda yerləşdirildi.

Yezuitlərin sıxışdırılmasından sonra universitet 1773-cü ildə dövlət qurumuna çevrildi və 1777-ci ildə onun kitabxanası Mariya Tereza tərəfindən "İmperator-Kral İctimai və Universitet Kitabxanası" elan edildi. 1882-ci ildə universitet Çexiya və Alman universitetinə bölündükdən sonra da kitabxana müştərək müəssisə olaraq qaldı.

1918-ci ildə Xalq və Universitet Kitabxanası yeni yaradılmış Çexoslovakiya hökuməti tərəfindən ələ keçirildi. 1924-cü ildə Slavyan Kitabxanası (Slovanská knihovna) yaradıldı və 1929-cu ildə Klementinuma köçürüldü; hələ də Milli Kitabxananın muxtar hissəsidir. 1935-ci ildə kitabxananın adı dəyişdirilərək “Milli və Universitet Kitabxanası” (Národní a univerzitní knihovna) adlandırıldı. Elə həmin il qanuni depozit surəti rüsumu haqqında qanun tətbiq olundu - bu praktika 1781-ci ildən, Praqa printerləri çaplarının qanuni depozit nüsxələrini kitabxanaya təhvil verməli olduqları vaxta təsadüf edir.

1939-cu ildə Çexoslovakiyanın almanlar tərəfindən işğalından sonra Çex universitetləri və kollecləri bağlansa da, kitabxana "Bələdiyyə və Universitet Kitabxanası" (Zemská a univerzitní knihovna) adı ilə açıq qalmışdır.

1958-ci ildə bütün böyük Praqa kitabxanaları Çexoslovakiya Respublikasının vahid mərkəzləşdirilmiş Dövlət Kitabxanasına (Státní knihovna CSR) birləşdirildi.

1990-cı ildə kitabxananın indiyədək sonuncu adının dəyişdirilməsi onun indiki adı ilə nəticələndi: Çexiya Milli Kitabxanası. 1996-cı ildə yeni anbar binası, Hostivardakı Mərkəzi Depozitariya istifadəyə verilmişdir.

Milli Kitabxanada qorunan ən qiymətli orta əsr əlyazmaları Codex Vyssegradensis və Passional of Abbes Kunigunde-dir.

Çexiya Milli Kitabxanası 1992-ci ildə Çexiyanın AiP Beroun şirkəti ilə əməkdaşlıq edərək rəqəmsallaşdırma səylərinə başlamışdır. Bu səylərdə Milli Kitabxana rəqəmsallaşdırma standartlarının yaradılması istiqamətində qlobal miqyasda qabaqcıl iş aparmışdır. Daha sonra o, bir sıra Avropa layihələrində iştirak etdi və bu layihələrdə əlavə inkişaflar, xüsusən də əlyazmalar və köhnə çaplar ilə bağlı standartlara gəldi. O, həmçinin yaradıldığı zaman və YUNESKO-nun “Dünyanın Yaddaşı” Proqramının ilk illərində bir neçə pilot layihəni dəstəkləmişdir (proqramın ilk pilot layihəsi 1993-cü ildə Çexiya Milli Kitabxanasından alınmışdır).Kitabxana 2005-ci ildə köhnə mətnlərin rəqəmsallaşdırılmasında göstərdiyi səylərə görə YUNESKO-nun “Dünyanın Yaddaşı” Proqramından ilk “Jikji” mükafatını aldığı üçün beynəlxalq səviyyədə tanınıb.1992-ci ildən bəri ilk 13 il ərzində layihə 1700 sənədin rəqəmsallaşdırılmasını həyata keçirib və onları ictimaiyyətə təqdim edib.

Milli Kitabxana öz rəqəmsal məzmununu Manuscriptorium  və Kramerius  rəqəmsal kitabxanalarında təqdim edir. Manuscriptorium 111.000-dən çox əlyazma və köhnə çapdan ibarətdir, onlardan təxminən 84.000-i Milli Kitabxananın, qalanları isə 24 ölkədən olan 138 tərəfdaşın töhfəsidir.

Google ilə birgə layihə çərçivəsində Slavyan Kitabxanasından olan əlavə köhnə nəşrlər və 19-cu əsrin əvvəllərinə aid kitablar rəqəmsallaşdırılıb, ümumilikdə 177 000-dən çox kitab Google tərəfindən rəqəmsallaşdırılıb (2018-ci ilin oktyabr ayına).Bu kitablara Google vasitəsilə daxil olmaq mümkündür. Kitabları rəqəmsal kitabxana, eləcə də Milli Kitabxananın Köhnə Çaplar Kataloqu və Slavyan Kitabxanasının Kataloqu, köhnə çaplar isə tədricən Manuscriptorium vasitəsilə də həyata keçirir.

Kramerius rəqəmsal kitabxanasında 1800-cü ildən sonra nəşr olunan rəqəmsal sənədlər var. İndiyədək 2000-dən çox dövri nəşrlər seriyası rəqəmsallaşdırılıb. Rəqəmləşdirilmiş kitabların sayı, xüsusən də Milli Rəqəmsal Kitabxana layihəsi çərçivəsində müasir nəşrlərin kütləvi rəqəmsallaşdırılmasından sonra artmaqda davam edir.

2006-cı ildə Çexiya parlamenti Hradčanska metro stansiyası ilə Sparta Praqanın futbol meydançası Letna stadionu arasında Letna düzündə yeni kitabxana binasının tikintisi üçün maliyyə ayrılmasını təsdiqlədi. 2007-ci ilin mart ayında tender sorğusundan sonra çex memarı Yan Kaplický münsiflər heyəti tərəfindən layihənin icrası üçün seçildi. Layihənin tamamlanma tarixi 2011-ci ildir. Daha sonra 2007-ci ildə Praqa da daxil olmaqla hökumət rəsmilərinin bələdiyyə sədri Pavel Bem və prezident Vatslav Klaus  təklif etdiyi yerlə bağlı etirazlarından sonra layihə təxirə salındı. 2008-ci ilin fevralında binanın planları hələ də həll edilməmişdi, tenderin ədalətli qalib gəlib-gəlmədiyini müəyyən etmək üçün məsələ Rəqabətin Müdafiəsi İdarəsinə verilmişdi. Daha sonra 2008-ci ildə mədəniyyət naziri Vatslav Yehliçka Avropa Komissiyasının tender prosesinin qanuni şəkildə keçirilmədiyi barədə qərarından sonra layihənin başa çatdığını elan etdi.

Kitabxana 2002-ci ildə Avropada baş verən daşqınlardan təsirləndi, bəzi sənədlər artıq suyun qarşısını almaq üçün yuxarı səviyyələrə köçürüldü. 2011-ci ilin iyulunda əsas binanın bəzi hissələrini su basması nəticəsində 4000-dən çox kitab kitabxanadan çıxarılıb. 2012-ci ilin dekabrında kitabxanada yanğın olub, lakin hadisə nəticəsində heç kim xəsarət almayıb.