A nemzeti könyvtárak eredete a 18. századra nyúlik vissza, a francia Bibliotéque Nationale és a British Library alapításának időszakába. Ezen intézmények a polgárosodó társadalom és a fejlődő tudományos élet mentén létrehozott tudományos nagykönyvtárak voltak enciklopédikus gyűjteménnyel. A nemzeti könyvtárak mai fogalma és feladatrendszere az 1950-60-as években alakult ki.
Az állami fenntartású nemzeti könyvtárak egyik elsődleges feladata a nemzeti irodalom, az úgynevezett patrioticum gyűjtése és megőrzése. A fogalmat négyféleképpen értelmezhetjük: adott ország területén megjelent dokumentumok köre; adott ország nyelvén publikált irodalom; adott ország vagy nemzet polgára, mint alkotó; és végül, ha egy egyéb nyelvű mű témája az adott ország. E kategóriák közül a teljességre törekvő gyűjtés realitása igazán csak az első definíció értelmében megvalósítható. Az állományépítés bázisát a kötelespéldány-szolgáltatás képezi. Ilyenkor jogszabály kötelezi a kiadókat újonnan megjelent kiadványaikból példányok átadására a könyvtári rendszer számára. Elsődleges feladat az állomány archiválása és tartós megőrzése az utókornak. Legalább egy példányt e feladat követelményeinek megfelelően, használattól elzártan kell megőrizni eredeti állapotában. A magyar nemzeti könyvtár, az Országos Széchényi Könyvtár ezért is kap egy dokumentumból két kötelespéldányt. Az egyik a tartós raktári megőrzés tárgya, míg a másik a gyűjteménybe kerülve az olvasók számára hozzáférhető. A megőrző szerep miatt így a nemzeti könyvtárak többsége nem kölcsönzőkönyvtár, a nem tartós-megőrzésre szolgáló állományrész is helyben használható, viszont hiánypótló gyűjteményeikkel a könyvtárközi kölcsönzés aktív résztvevői. Több helyen a nemzeti könyvtár egyben felsőoktatási könyvtár is. Ilyen a finn nemzeti könyvtár, de például a Debreceni Egyetem Egyetemi és Nemzeti Könyvtára is nemzeti könyvtárnak tekinthető és kulcsszerepet játszik a hazai kötelespéldány-szolgáltatásban, valamint a könyvtárközi dokumentumellátásban.
A nemzeti irodalom gyűjtéséhez társult kötelezettség a tájékoztatás. Ez leginkább passzív módon, a patriotica irodalmat feldolgozó segédeszközök készítésével és fenntartásával valósul meg, ugyanis a gyűjteményt tudományos igénnyel tárják fel a munkatársak. Az így keletkező adatokból készülnek el például különféle bibliográfiák, folyóirat-tartalomjegyzékek, indexek, cím- és névjegyzékek manapság már jellemzően elektronikus formában publikálva, vagy adatbázisba rendezve. A nemzeti irodalmi gyűjtemény kincseiből is készítenek állandó vagy időszaki jellegű kiállításokat, tárlatokat. A nemzeti könyvtárak munkatársai fontos könyvészeti és könyv- könyvtártörténeti művek előállításában és releváns kutatásokban is kulcsszerepet játszanak.
A nemzeti könyvtárak többségének további fő funkciója a nemzeti bibliográfiai számbavétel, a nemzeti irodalom gyűjtése és megőrzése mellett. Ez a feladat az újonnan megjelent kiadványok adatainak regisztrációját jelenti a nemzeti bibliográfiai központ szervezete által, valamint a régi, de még nem feldolgozott művek katalogizálását is magában foglalja. A bibliográfiai központ többnyire a nemzeti könyvtárak részegysége, de előfordul önálló intézményként, sőt akár üzleti célú magánvállalkozásként is.
A nemzeti könyvtárak mindent gyűjtő, enciklopédikus gyűjteményfelfogásának visszaszorulásával a hangsúly az adott ország könyvtári rendszerében központi szerepet betöltő szolgáltatásokra terelődött át. A nemzeti könyvtárak erre szakosodott részegységei az országos jelentőségű könyvtárügyek koordinálását, adatszolgáltatását, módszertani támogatását hivatottak végezni. Mindezeken felül az országos dokumentumellátás és könyvtárközi kölcsönzés rendszerének működtetésében is fő szerepet vállalnak a nemzeti könyvtárak.
A nemzeti könyvtárak összefoglalva…
- gyűjtik és tartósan megőrzik a nemzeti irodalmat;
- tájékoztatnak, elsősorban információs segédeszközök szolgáltatásával (bibliográfiák, adatbázisok);
- adminisztrálják és regisztrálják egy ország dokumentumtermését;
- tudományos tevékenységet folytatnak;
- központi szerepet töltenek be a könyvtári rendszerben;
- továbbá helyben használható tudományos könyvtárak és rendezvényközpontok.