Упродовж своєї діяльності Бібліотека не раз поширювала напрями своєї діяльності та змінювала назви :

• Національна бібліотека Української Держави (1918);
• Національна бібліотека України у місті Києві при Українській Академії Наук (1919);
• Всенародна (Національна) бібліотека України при Всеукраїнській Академії Наук у м. Києві (1919–1920);
• Всенародна бібліотека України в Києві (1920–1934);
• Державна бібліотека Всеукраїнської Академії Наук (1934–1936);
• Бібліотека Академії Наук  УРСР (1936–1948);
• Державна публічна бібліотека УРСР (1948–1965);
• Центральна наукова бібліотека АН УРСР (1965–1988);
• Центральна наукова бібліотека ім. В. І. Вернадського АН УРСР (1988–1996);
• Національна бібліотека України імені В. І. Вернадського (з 1996 р.).

Офіційними директорами та тимчасово виконуючими обов’язки директорів Бібліотеки були видатні та знані вчені, які багато зробили для розвитку НБУВ та вітчизняної бібліотечної справи, залишили свій слід в її історії:

• Володимир Іванович Вернадський (серпень 1918 – вересень 1919);
• Євген Олександрович Ківлицький, (вересень 1919 – вересень 1920);
• Юрій Олексійович Іванов-Меженко (вересень 1920 – 26 березня 1923);  
• Степан Пилипович Постернак (26.03.1923 – 24.10.1929);
• Віктор Федорович Іваницький (25.10.1929 – 15.04.1930), т. в. о.;
• Ничипір Миронович Миколенко (15.04.1930 – 26.07.1933);
• Антон Микитович Яременко (26.07.1933 – 21.08.1933), т. в. о.;
• Максим Кіндратович Завальний (21.08. 1933 – 20.09.1933), т. в. о.;
• Василь Михайлович Іванушкін (21.09.1933 – 26.05.1936);
• Зінаїда Миколаївна Ільницька (26.05.1936 – 11.10.1937), т. в. о;
• Олександр Борисович Михайліченко (11.10.1937 – 15.06.1941);
• Борис Іванович Зданевич (15.06.1941 – 15.11.1943);
• Тетяна Михайлівна Марковська (15.11 1943 – 10.06.1945), т. в. о.;
• Юрій Олексійович Меженко (11.06.1945 – 31.01.1948);
• Георгій Михайлович Плеський (01.02.1948–7.05.1948), т. в. о.;
• Іван Дмитрович Золотоверхий (07.05.1948 – 03.12.1949);
• Катерина Михайлівна Грибівська (03.12.1949 – 15.09.1951), т. в. о.;
• Віктор Степанович Дончак (12.09.1951–  15.06.1964);
• Микита Потапович Рудь (16.06.1964 – 16.09.1964);
• Іван Сергійович Черненко (16.09.1964 – 14.05.1969);
• Степан Корнійович Гутянський (15.05.1969 – 14.06.1979);
• Лілія Вікентіївна Бєляєва (15.06.1979 – вересень 1979), т. в. о.
• Борис Павлович Ковалевський (вересень 1979 – 27.08.1984);
• Федір Захарович Шимченко (28.08.1984 –  05.08.1985), т. в. о.;
• Микола Іванович Сенченко (05.08.1985 – 15.07.1992);
• Олексій Семенович Онищенко (23.07.1992 – 15.03.2013);
• Володимир Іванович Попик (18.03.2013 – 27.04.2018);
• Любов Андріївна Дубровіна (28.04.2018 – 28.10 2018), в.о.

Упродовж ста років НБУВ пройшла цілий ряд взаємопов’язаних історичних етапів розвитку, в ході яких було здійснене теоретичне обґрунтування засад функціонування основного загальнонаціонального бібліотечного центру збереження і використання національних інформаційних ресурсів, розвинуто науково-практичну діяльність з оптимізації процесів створення універсального книжно-рукописного фонду, практичної реалізації методик, комплектування, зберігання, організації ефективного використання фондів на всіх видах носіїв відповідно до суспільних запитів, потреб вітчизняної  науки в різні періоди розвитку нашої держави.