Im Rahmen eines umfangreicheren Programms zur Neuordnung der Museen der Stadt durch die Aufteilung der Sammlungen der Galleria degli Uffizi wurde das Museum (gegründet durch Königlichen Erlass vom 17. März 1870) am 12. März 1871 von König Viktor Emanuel II. im sogenannten „Cenacolo di Foligno“ in der Via Faenza mit den Sammlungen des Ätruskischen Museums eröffnet, das auch die griechischen und römischen Altertümer aus den Medici- und Lorena-Sammlungen umfasste.
Im gleichen Gebäude in der Via Faenza wurde bereits 1855 das Ägyptische Museum eingerichtet, das zweitälteste Italiens nach dem in Turin. Es enthielt einige Altertümer, die bereits im 18. Jahrhundert in den Medici-Sammlungen vorhanden waren, wurde jedoch dank des Großherzogs der Toskana Leopoldo II. erheblich erweitert. Dieser kaufte nicht nur einige private Sammlungen an, sondern finanzierte – zusammen mit Karl X., König von Frankreich – eine wissenschaftliche Expedition nach Ägypten unter der Leitung von Jean-François Champollion, dem Entzifferer der Hieroglyphen, und dem Pisaner Ippolito Rosellini, seinem Freund und Schüler, der zum Vater der italienischen Ägyptologie werden sollte. Die zahlreichen Objekte, die während der Reise durch Ausgrabungen und Ankauf von lokalen Händlern gesammelt wurden, wurden nach der Rückkehr gerecht zwischen dem Louvre in Paris und Florenz aufgeteilt.
Die Erweiterung der Sammlungen machte die Räume in der Via Faenza bald unzureichend, und 1880 wurde das Archäologische Museum in den heutigen Sitz im Palazzo della Crocetta verlegt, der 1619-20 von Giulio Parigi als Residenz für Maria Maddalena, Schwester des Großherzogs Cosimo II de’ Medici, restauriert und erweitert wurde. Zwischen diesem Palast und der Kirche der SS. Annunziata wurde auch ein Korridor erbaut, damit die Prinzessin, die laut Giorgio Vasari „von ihrem Körper stark beeinträchtigt“ war, unbemerkt den religiösen Zeremonien beiwohnen konnte.
Das Ägyptische Museum, das ab 1880 vom piemontesischen Ägyptologen Ernesto Schiaparelli, dem späteren Direktor des Ägyptischen Museums von Turin, neu geordnet wurde, wurde 1883 in denselben Sitz verlegt und im Beisein der Königsfamilie Umberto und Margherita von Savoyen eröffnet, wie die in den Sälen I und II in Hieroglyphen gemalten Inschriften bezeugen.
Mit Schiaparelli erfuhren die florentinischen Sammlungen einen enormen Zuwachs durch seine Ausgrabungen und Ankäufe in Ägypten, bevor er nach Turin wechselte. Die letzte Gruppe der dem Ägyptischen Museum in Florenz zugegangenen Sammlungen besteht aus Schenkungen von Privatpersonen und wissenschaftlichen Institutionen, darunter die des Florentiner Papyrologie-Instituts mit Funden aus Ausgrabungen in Ägypten zwischen 1934 und 1939, die eine der reichsten und bedeutendsten sammlungen koptischer Stoffe weltweit umfassen.
In den ersten zehn Jahren seiner Tätigkeit kümmerte sich Luigi Adriano Milani, der 1884 Direktor des Archäologischen Museums wurde, um die Neugestaltung, wobei er das bereits vom Gamurrini für das Museum in der Via Faenza angewandte typologische Ausstellungskonzept für die alten Sammlungen beibehielt, obwohl dieses damals bereits überholt war. Dieses Konzept, das den Entwicklungsprozess der künstlerischen Schöpfung betont, führte zur weiteren Zerlegung sowohl privater Sammlungen als auch der bei Ausgrabungen gewonnenen Materialien, die in die Großherzoglichen Sammlungen eingingen. Für die Funde neuer Grabungen verwendete er dagegen die historistische Methode und schuf im Erdgeschoss die ersten Gruppen des zukünftigen topografischen Museums. Nur teilweise konnte er das Projekt umsetzen, alle antiken Skulpturen aus den Florentiner Gärten und Palästen im Museum unterzubringen; eine kleinere Anzahl wurde in die Arkaden des Medici-Korridors und in den Garten gestellt.
Zwischen 1890 und 1898 wurden hingegen einige der großen etruskischen, griechischen und römischen Bronzen sowie zahlreiche kleine griechische und römische Bronzen aus den Medici- und Lorena-Sammlungen vom Uffizi übergeben (1890), ebenso wie die Münzsammlung (1895) und die Glyptothek (1898).
Im Innenhof des Palastes wurden die Reste römischer Monumente ausgestellt, die bei Restaurierungsarbeiten im Zentrum von Florenz Ende des 19. Jahrhunderts zutage traten.
Am 5. Mai 1898 wurde die Abteilung des Topografischen Museums der Etruria eröffnet, die von Luigi Adriano Milani geschaffen wurde und in siebzehn Sälen die Geschichte der Etrusker anhand der im Gebiet des antiken Etruria gewonnenen Funde darstellte; im historischen Garten, der 1902 für die Öffentlichkeit zugänglich gemacht wurde, wurden mit Originalmaterial einige monumentale Gräber rekonstruiert, um die wichtigsten architektonischen Grabtypen der Etrusker zu dokumentieren.
Nach dem Tod von Milani begann unter Antonio Minto eine umfassende Umgestaltung der Ausstellung im Palazzo della Crocetta, wobei das zweite Obergeschoss, das bis 1925 eine Sammlung von Wandteppichen und antiken Stoffen beherbergte und unter anderem die Sammlungen griechischer, etruskischer und römischer Keramiken, etruskischer Terrakotten, die Gipsothek und die Königliche Galerie der etruskischen Malerei mit Faksimiles, die seit 1899 vom Gatti angefertigt wurden, ausstellte, für die Präsentation wieder hergerichtet wurde.
Das Topografische Museum wurde schrittweise auf insgesamt 52 Räume erweitert. 1942 wurde ein Teil des Palazzo degli Innocenti erworben, in dem ein neuer Eingang von der piazza SS. Annunziata geschaffen wurde; jedoch wurden die oberen zwei Stockwerke, obwohl renoviert, nie als Museumsräume genutzt. Der Mangel an geeigneten Ausstellungsflächen für seine äußerst reichen Sammlungen ist seit seiner Gründung ein chronisches Problem dieses Museums, das auch unter der generellen Gleichgültigkeit der Stadt litt, die eher für Themen ihres mittelalterlichen und Renaissance-Vergangenheit sensibel war, wie es bereits Minto beklagte.
Die Überschwemmung von 1966 zerstörte das Topografische Museum vollständig und derzeit befinden sich über hunderttausend außergewöhnlich wertvolle Objekte in Lagerräumen, die aufgrund fehlender Ausstellungsflächen der Öffentlichkeit nur bei Sonderausstellungen zugänglich sind.
Heute kann man im Nationalen Archäologischen Museum Florenz einen großen Teil der antiken Medici-Lorena-Sammlungen (Keramiken, Bronzen und andere steinerne Skulpturen, einschließlich des Monetiere, einer der bedeutendsten und größten Sammlungen antiker Münzen und Edelsteine weltweit), das Ägyptische Museum (einschließlich einer Auswahl koptischer Stoffe), einen Teil der topografischen Abteilung mit großen etruskischen Fürstengräbern, den monumentalen Garten sowie eine reiche Auswahl an griechischen Gefäßen aus etruskischen Gräbern (und mehr), darunter einige weltberühmte wie das legendäre Vaso François, sehen.

