В январе 1918 г., после провозглашения Ижевска городом, исполком городского совета по народному образованию вышел с предложением организовать Центральную городскую библиотеку для обслуживания населения. 24 февраля 1918 г. был избран библиотечный совет, на который возложили работу по устроительству библиотеки.
Организатором и первым её директором стал Михаил Фёдорович Шитов. Первоначально создана как Центральная библиотека города Ижевска и Ижевского уезда. Основу библиотечного фонда составили около 20 тыс. экземпляров книг и периодических изданий из крупнейших библиотек Ижевска: библиотеки-читальни для рабочих и мастеровых оружейного и сталеделательного заводов, Нагорной и Заречной им. М. М. Синцова волостных библиотек, библиотеки Офицерского собрания, а также книги из национализированных личных собраний. За годы деятельности библиотеки большую роль оказали ее директора: в 1941–1945 гг. — Зоя Александровна Долганова, в 1952–1961 гг. — Апполинария Семеновна Жукова, в 1961–1976 гг. — Петр Николаевич Глухов; в 1976–1987 гг. — Мария Дмитриевна Трефилова; в 1988–2003 гг. — Наиля Мизхатовна Собина, в 2004–2015 гг. — Галина Гавриловна Калинина. С 2015 г. по настоящее время директор Национальной библиотеки УР — Татьяна Владимировна Тенсина.
В 1920 г., в связи с образованием Вотской автономной области, библиотека была переведена в категорию областных библиотек. В 1934 г., с образованием Удмуртской АССР, преобразована в Республиканскую библиотеку, стала методическим центром для библиотек республики. В 1936–1957 гг. носила имя А. С. Пушкина. 27 ноября 1957 г. присвоено имя В. И. Ленина. В 1957 г. библиотека получила новое здание на ул. Советской, 11.
Проект библиотеки разрабатывался архитектурной мастерской «Удмуртгоспроект». Авторы проекта – В. И. Антощук, первый председатель Ижевской городской организации Союза архитекторов СССР (1948), и Б. С. Чичкин, возглавивший это творческое объединение в 1953 г. Главный архитектор Василий Петрович Орлов – заслуженный архитектор РСФСР, заслуженный деятель искусств Удмуртской АССР, лауреат Государственной премии Удмуртии в области архитектуры. Архитекторы Александр Эдуардович Лопатто, профессор Одесского инженерно-строительного института, и Анатолий Георгиевич Лысяков, заслуженный архитектор Российской Федерации. Старший конструктор Е. Э. Гюллинг. Строил библиотеку коллектив треста «Удмуртстрой».
Здание библиотеки является своеобразным памятником эпохи. Как большинство строений того времени, оно выполнено в монументальных архитектурных формах (монументальный классицизм). Фасад украшен шестью трёхчетвертными колоннами и карнизом с декоративной отделкой, придающими ему величественный вид. Здание венчала сделанная из железобетона парапетная балюстрада с лепной эмблемой и гербом Удмуртской АССР. В 1950–1960-е гг. было построено несколько зданий, во многом определивших современный облик улицы, такие как кинотеатр «Дружба», универмаг «Детский мир», Республиканская библиотека. При строительстве Национальной библиотеки архитекторы украсили её небольшим сквером, несколько отойдя от привычной застройки улицы.
Внутренний облик здания соответствовал внешнему. Войдя в библиотеку, читатель попадал в просторный вестибюль с колоннами и пилястрами. Стены, колонны и потолок были контрастно окрашены в белый и синий цвета. По обе стороны вестибюля находились два гардероба, полы которых были выложены метлахской плиткой. Две большие лестницы по обе стороны фойе библиотеки ведут на второй этаж. Главное помещение в библиотеке — большой читальный зал, также украшенный многочисленными пилястрами и лепными карнизами. Пол фойе и читального зала выложен дубовым паркетом. Потолок читального зала украшали три лепные розетки, в центре которых были подвешены позолоченные люстры, самая массивная из которых — многорожковая.
16 февраля 1958 г. состоялось торжественное открытие здания библиотеки по этому адресу. 17 февраля библиотека стала обслуживать читателей, здание было рассчитано на фонд в 500 тыс. единиц хранения. На день открытия книжный фонд библиотеки насчитывал 220 тыс. единиц хранения.
C 1958 г. библиотека стала вести государственную регистрацию всех печатных изданий, выпускаемых в Удмуртской Республике и стала центром научной библиографии. С 1963 г. она называется научной, а с 1989 г. получила статус национальной. С 1997 г. библиотека является членом Российской библиотечной ассоциации, с 2010 г. — Библиотечной Ассамблеи Евразии.
В 1999 г. коллектив библиотеки был удостоен Государственной премии Удмуртской Республики за составление ряда библиографических пособий. В 2019 г. — Государственной премии УР и премии фонда поддержки местных инициатив «Сообщество» за проект «Национальная электронная библиотека Удмуртской Республики».
Национальная библиотека Удмуртской Республики — крупнейшая универсальная библиотека Удмуртии. Ежегодно её услугами пользуются 17 тыс. читателей. Фонд насчитывает более 1,5 млн экземпляров документов, включает в себя книги, рукописи, периодические издания, грампластинки, компакт-диски, электронные издания и позволяет удовлетворять самые разнообразные запросы современного читателя.
Библиотека является научным, информационно-библиографическим и методическим центром для библиотек всех систем и ведомств республики.
В 2011 г. из-за несоответствия здания требованиям пожарной безопасности библиотека была закрыта. Фонды были перевезены в несколько зданий, расположенных в различных частях города, однако обслуживание читателей не прекращалось, мероприятия проводились.
Масштабная реконструкция стартовала в 2019 г., при содействии Главы Удмуртской Республики А. В. Бречалова и депутатов Государственной Думы Российской Федерации — представителей республики, и завершилась летом 2021 г. Торжественная церемония открытия обновлённого здания состоялась 16 сентября 2021 г. Дополнительно к фасадной части старого здания (с сохранением большого читального зала, литературной гостиной, краеведческого зала) пристроен шестиэтажный корпус, где теперь находится книгохранилище на 1,5 млн экземпляров и помещения для обслуживания читателей (конференц-зал, учебный класс, коворгинг, нотно-музыкальный зал и студия звукозаписи, зал редких и ценных документов, детская комната, кафе), рабочие комнаты для персонала. В книгохранилище установлена автоматическая система пылеудаления и климат-контроль, благодаря которым созданы идеальные условия для хранения книг. Кроме того, обеспечена доступная среда для читателей с ограниченными возможностями здоровья: подъемник, поручни, лифт, туалетные комнаты, также тактильно-визуальные средства информирования и навигации. Реконструкция здания была осуществлена с помощью федеральных средств в рамках федеральной адресно-инвестиционной программы (ФАИС).
В новом здании удачно соединились историческое наследие, дизайнерские решения и технический прогресс. Разработчиком проекта по реконструкции Национальной библиотеки УР стал «Институт «Удмуртгражданпроект» — одна из ведущих организаций нашей республики в области архитектурно-строительного проектирования и инженерных изысканий. Главный архитектор — Сергей Сурнин. Строительством здания занималась компания ООО «Аспэк-Интерстрой», генеральным директором которого является Виктор Хорошавцев. Непосредственное участие в решении вопроса о реконструкции здания принял депутат Государственной Думы РФ седьмого созыва Валерий Бузилов, который сейчас возглавляет попечительский совет Национальной библиотеки УР. Также огромный вклад внёс Андрей Исаев, депутат Государственной Думы РФ от УР: благодаря его содействию удалось добиться выделения дополнительных средств на реконструкцию.
Библиотека выполняет функции Книжной палаты Удмуртской Республики, получает местный бесплатный обязательный экземпляр.
С 2008 г. библиотека формирует Национальную электронную библиотеку Удмуртской Республики (НЭБ УР) — полнотекстовый электронный ресурс, за который в 2019 г. вновь удостоена Государственной премии Удмуртской Республики.
В 2016 г. Национальная библиотека Удмуртской Республики реорганизована путём присоединения к ней Удмуртской республиканской библиотеки для слепых.
Основной задачей Национальной библиотеки Удмуртской Республики является формирование и сохранение документального наследия Удмуртской Республики, обеспечение свободного и равного доступа населения к отечественным и мировым информационным ресурсам.
Сегодня библиотека – информационный и культурно-просветительский центр.