Desde su fundación en 1813, la Biblioteca Nacional de Chile ha tenido cinco sedes en las que se organizaron sus colecciones y servicios.

Entre 1813 y 1814, la Junta de Gobierno determinó que la Real Universidad de San Felipe era el lugar para resguardar las primeras donaciones de los ciudadanos de Santiago y otras provincias. Sin embargo, el traslado general de la biblioteca a la universidad se concretó solo después del conflicto independentista (Silva Castro, Raúl. Los primeros años de la Biblioteca Nacional (1813-1824). Santiago: Imprenta Universitaria, 1951, p. 24-25).

En 1819, Manuel de Salas (1754-1841), director de la institución, solicitó al Cabildo de Santiago la creación de una comisión encargada de buscar un nuevo establecimiento para la biblioteca. Sin embargo, la comisión, conformada por Juan Agustín Jofré y Domingo Eyzaguirre (1775-1854), ratificó la Real Universidad de San Felipe, ubicada entre las calles Moneda y San Antonio, en los terrenos que ocupa actualmente el Teatro Municipal de Santiago (Silva Castro, p. 83).

Allí se organizaron las primeras colecciones, que incluyeron el Fondo Antiguo con documentos de la época colonial, del Tribunal del Santo Oficio, documentos de los archivos de Indias y Simancas, documentos teológicos, la biblioteca de los Jesuitas y los libros donados por la ciudadanía durante los años 1818 y 1819; el archivo de la Capitanía General, crónicas, prensa del periodo independentista, entre otros.

Debido al poco espacio existente en la universidad, Manuel de Salas pidió otra vez al gobierno la búsqueda de un edificio más amplio. En febrero de 1823, en una comunicación enviada al ministro Mariano Egaña (1793-1846), Salas detalló el ofrecimiento del convento de Santo Domingo para albergar la Biblioteca, pues contaba con un "espacioso salón" (Silva Castro, p. 55). No obstante, en julio de ese año, el Director Supremo Ramón Freire (1787-1851) despachó un decreto en el que dispuso el traslado de la biblioteca al edificio que constituyó su segunda sede: el de la Aduana de Santiago, ubicado entre las calles Bandera y Compañía. Entre otras disposiciones del decreto, la biblioteca de la Catedral de Santiago se sumó a las colecciones de la institución (Freire, Ramón y Egaña, Mariano. Decreto para que la Biblioteca Nacional se instale en el edificio de la Aduana. Santiago: 22 de julio de 1823).

La biblioteca se mantuvo en el edificio de la Aduana hasta 1834, cuando el presidente José Joaquín Prieto (1786-1854) determinó la construcción de un espacio con condiciones especiales para sus colecciones, el que se ubicó en la esquina de las calles Bandera y Catedral. Esta tercera sede fue ocupada hasta 1886, cuando el edificio fue demolido por problemas estructurales.

La biblioteca fue traslada a su cuarta sede: el edificio del antiguo Palacio del Real Tribunal del Consulado, en las calles Bandera con Compañía. Entre 1885 y 1886 se realizaron varias remodelaciones al palacio para recibir a la Biblioteca Nacional. Estos trabajos fueron supervisados por el arquitecto Ricardo Brown (1847-1884) -quien estudió el edificio y confeccionó el nuevo plano para la biblioteca en 1884- y el ingeniero José Ignacio Vergara (1837-1889). La remodelación estuvo a cargo del arquitecto Eloy Cortez (1841-1908) y el constructor José González, quienes también trabajaron en la demolición del antiguo edificio (Santa María, Domingo y Crisólogo Varas, Emilio. "Demolición del actual edificio de la Biblioteca Nacional". Anales de la Universidad de Chile. Boletín de Instrucción Pública. Santiago: Imprenta del Pacífico, marzo de 1886, p. 125-126).

Las remodelaciones generales concluyeron -con varias paralizaciones de por medio y con trabajos pendientes- en agosto de 1886, poco antes de asumir su cargo como director de la institución Luis Montt Montt (1848-1909), quien antes había sido designado como parte de la comisión de estudio y ejecución del traslado.

El edificio de la cuarta sede estuvo compuesto en su primer piso de un vestíbulo y tres salas principales: dos para la oficina del conservador y una para la oficina de canjes; una sala de "trabajos privados" y una salida para "el patiecito de las letrinas", donde se construyeron "tres piezas": la primera como ampliación de la oficina de canjes; la segunda para un taller de encuadernación, con una imprenta anexa; y la tercera como depósito (Briseño, Ramón. "Biblioteca Nacional. Distribución de los locales de la nueva casa; dimensiones de algunos de ellos; numeración de las estanterías hasta hoy construidas; costo de que hasta el día de hoy tiene la adaptación de dicha casa". Anales de la Universidad de Chile. Boletín de Instrucción Pública. Santiago: Imprenta del Pacífico, mayo-julio de 1885, p. 471).

También en el primer piso se ubicó una sala para los manuscritos, otra para las obras chilenas y una tercera sala para las americanas; un salón central y una rotonda o salón de lectura que correspondía a un gran espacio con cúpula, mesones, anaqueles con libros y acceso directo al patio interior.

El edificio constó de una escalera que conducía al segundo piso, en donde varias habitaciones fueron destinadas para las colecciones bibliográficas, entre ellas las bibliotecas Egaña, Eyzaguirre y Gay, y una gran estantería para los libros que no tuvieran espacio en los anaqueles de las salas del primer piso, que fue confeccionada por la Casa Muzard (Briseño, p. 472-473).

En el año 1907, Luis Montt solicitó al gobierno la conformación de una comisión especial para la búsqueda de un nuevo espacio, acorde a las necesidades de la Biblioteca Nacional, pero su fallecimiento en 1909 no le permitió ver concretado el proyecto (Alarcón Reyes, Justo. "Biblioteca Nacional de Chile (Aportes a su historia)". Revista Mapocho. Santiago: La Biblioteca, número 73, primer semestre de 2013, p. 44-45).

En 1912, la comisión encargada del proyecto definió que el mejor lugar para comenzar la construcción del actual edificio de la Biblioteca Nacional eran los terrenos donde se encontraba el convento de las monjas Claras en la Alameda, entre las calles Mac-Iver y Miraflores.

La construcción del edificio comenzó en 1913 bajo la gestión del director Carlos Silva Cruz (1872-1945) y su primera piedra fue colocada en la conmemoración del centenario de la institución.