La Galleria Nazionale di Arte Antica fu istituita nel 1893 con le opere delle collezioni Corsini, Torlonia, Sciarra, Chigi, Hertz ed altre ed inizialmente fu collocata in Palazzo Corsini.
Nel 1949 il Palazzo Barberini fu acquistato dallo Stato e vi fu trasferita la Galleria.
Dal 1984 la collezione Corsini è stata nuovamente trasferita a Palazzo Corsini, quindi la Galleria è attualmente dotata di due sedi distinte.

Elenco parziale delle opere della Galleria custodite a Palazzo Barberini

Raffaello Sanzio : La Fornarina
Giulio Romano : Madonna col Bambino
Ludovico Carracci : Pietà
Gian Lorenzo Bernini :
- Busti di Urbano VIII e di altri membri della Famiglia Barberini
- Autoritratto come David
- Ritratto di Urbano VIII
Bonaventura Berlinghieri : Crocifisso
Giovanni Baronzio e Giovanni da Rimini : Storie di Cristo
Simone da Bologna : Annunciazione e Santi (trittico)
Niccolò di Segna da Bonaventura : Madonna col Bambino
Sano di Pietro : Crocifissione
Niccolò di Pietro : Incoronazione della Vergine
Filippo Lippi :
- Madonna col Bambino
- Annunciazione
Girolamo di Benvenuto : Crocifissione
Piero di Cosimo : Maddalena
Lorenzo da Viterbo : Madonna in trono con i Ss. Pietro e Michele
Antoniazzo Romano : Madonna con Bambino e i Ss. Paolo e Francesco
Perugino : San Niccolò da Tolentino
Loreno Peucheux : Divisione delle acque
Giacomo Francia : Pietà
Amico Aspertini : San Giuseppe
Marco Palmezzano : San Girolamo
Michele Giambono : Madonna col Bambino
Francesco Pagano : San Sebastiano e Santa Caterina
Bernardino Bertinone : Crocifissione
Andrea del Sarto :
- Sacra Famiglia
- Madonna con i Ss. Giuseppe e Pietro Martire
Domenico Beccafumo : Madonna col Bambino
Tommaso di Stefano : Madonna col Bambino e San Giovannino
Andrea Canassei : Creazione degli Angeli
Baldassarre Peruzzi : Busto di Cerere
Sodoma :
- Sposalizio mistico di Santa Caterina
- Ratto delle Sabine

Bronzino : Ritratto di Stefano Colonna
Andrea Sacchi : Trionfo della Divina Sapienza
Garofalo : Pico trasformato in Picchio
Dosso Dossi : I Ss. Battista e Bartolomeo
Lorenzo Lotto : Sposalizio mistico di Santa Caterina
Tiziano : Venere e Amore
Tintoretto : Adultera
Caravaggio :
- Giuditta taglia la testa a Oloferne
- Narciso
Artemisia Gentileschi : Autoritratto
Nicolas Poussin :
- Baccanale di Putti
- Agar e l'angelo
Guido Reni :
- Putto dormiente
- Maddalena penitente
Guercino :
- Flagellazione di Cristo
- Et in Arcadia Ego
Pietro da Cortona e Giovanni Francesco Romanelli : Decorazione della sala VIII al primo piano
Baldassarre Croce : Affreschi della sala IX
Scarsellino :
- Risurrezione di Lazzaro
- Pietà
- Gesù nell'orto
Giuseppe Chiari : Carro del Sole
Ventura Salimbeni :
- Crocifissione di San Pietro
- Martirio di San Paolo
Bartolomeo Passarotti : Suonatore di zufolo, macelleria e pescheria
Camillo Procaccini : San Giorgio e il drago
Giovan Battista Tiepolo : Satiro e Amorino