Das Musée du Luxembourg, gegründet 1818 auf Befehl von König Ludwig XVIII. im gleichnamigen Palais, kann als Vorläufer des Museums für moderne Kunst betrachtet werden. Es war eines der ersten europäischen Museen, in dem Werke zeitgenössischer Künstler ausgestellt wurden. Wenn zehn Jahre nach dem Tod eines Künstlers seine Gemälde kulturellen Wert erlangten, wurden sie in den Louvre überführt. So sammelte das Musée du Luxembourg zahlreiche Werke der modernen Kunst, die größere Räume benötigten. 1937 erhielt das Museum den Status eines Staatsmuseums für moderne Kunst, und es wurde ein neuer Standort im Palais de Tokyo vorbereitet.

Der Palais de Tokyo, benannt nach der Straße Avenue de Tokyo, wurde zur Weltausstellung für Kunst und Technologie in Paris 1937 erbaut. Während der Ausstellung diente er als Ort für kulturelle Projekte und Werkstätten und empfing ausländische Delegationen und Kunstvertreter. Die Eröffnung des Museums war für 1939 geplant, fand jedoch aufgrund des Zweiten Weltkriegs erst am 9. Juni 1947 statt. In dieser Zeit wurden die Sammlungen des Staatsmuseums für moderne Kunst mit den Beständen der Galerie Jeu de Paume vereint, in die zuvor Teile der Exponate des Musée du Luxembourg überführt worden waren. Diese Vereinigung ermöglichte es dem Museum, eine reiche Sammlung ausländischer Malerschulen zusammenzustellen.

Der erste Direktor des Museums war Jean Cassou, ein Schriftsteller und Kunsthistoriker, der die Sammlungen des Museums erheblich erweiterte. Dank seiner Verbindungen zu bekannten Persönlichkeiten wurde das Museum mit Meisterwerken von Künstlern wie Pablo Picasso und Georges Braque bereichert. 1977 zog das Museum in ein neues Gebäude im Centre Georges Pompidou um, was einen neuen Impuls für den Erwerb von Werken der modernen und zeitgenössischen Kunst aus der ganzen Welt gab. Seit 2010 organisiert das Museum temporäre Ausstellungen in den Zweigstellen des Centre Pompidou in Metz und Málaga.

Das Nationalmuseum für moderne Kunst, dessen Bestände mehr als 60.000 Werke umfassen, ist eines der größten in Europa. Es widmet sich der Kunst des 20. und 21. Jahrhunderts und umfasst Werke russischer Künstler wie Wassily Kandinsky, Marc Chagall, Natalia Goncharova, Michail Larionov und Kasimir Malewitsch.