1873-cü ildə Uels materialını toplamaq üçün bir komitə yaradıldı. 1905-ci ildə Britaniya hökumətinin büdcəsinə iki Uels institutunun, Milli Kitabxananın və Uels Milli Muzeyinin formalaşması üçün maliyyə vəsaiti daxil idi və Şəxsi Şura onların təklif olunan yerlərini müəyyən etmək üçün komitəyə göstəriş verdi. Bu institutların yerləşdirilməsi üçün əsas iddiaçılar Aberistuit və Kardif idi. Kitabxananın yerləşməsinə üstünlük birinciyə verildi, Kardifdə bir muzey açmaq qərara alındı. Milli Kitabxananın Aberistuitdə yerləşdirilməsi üçün arqumentlərdən biri kolleksiyanın artıq Universitet Kollecində saxlanması idi.

1908-ci ildə Milli Kitabxana binasının dizaynı üçün müsabiqə elan edildi və bir il sonra binanın eksteryerinə baxışını "qəsdən hamar və sərt" üslub kimi təsvir edən Sidney Qrinsdeyl qalib gəldi. Binanın təməl daşı 1911-ci ildə Tir Qrogitanda Aberistiutə baxan Penqlais təpəsinin zirvəsinə qoyulmuş və bina 1916-cı ildə istifadəyə verilmişdir. Binanın birinci mərtəbəsi Korniş qranitindən, qalan mərtəbələri isə Portlend daşı ilə örtülmüşdür. Kitabxananın ümumi dizaynı bir neçə dəfə dəyişdi, xüsusən də 1950-ci illərdə memar Çarlz Holden kitabxananın mərkəzi binasının tikintisini həyata keçirdi. 1996-cı ildə kitabxananın saxlama qabiliyyətini artırmaq üçün üçüncü bina tikildi.