Hudebněhistorické oddělení spravuje kolekci písemných, obrazových a zvukových dokumentů vztahujících se k hudbě a hudebnímu životu minulosti i současnosti. Rozsahem, hodnotou a rozmanitostí svého obsahu je to největší a nejvýznamnější hudební sbírka v České republice.
Její základy položili hluboko v 19. století dnes již neznámí dárci, kteří do Národního muzea přinášeli hudebniny a další hudební památky. Od šedesátých let minulého století můžeme přírůstky objektivně sledovat díky zápisům v dochovaných přírůstkových knihách. V té době byla hudební sbírka obohacena třemi mimořádně cennými odkazy. V r. 1862 získalo Národní muzeum rukopisy Františka Škroupa, v sedmdesátých letech pak pozůstalost Václava Jana Tomáška a soubor autografů děl Jakuba Jana Ryby. Akviziční činnost pokračovala i nadále tak úspěšně, že koncem druhé světové války sbírka čítala již na 50.000 hudebnin.
Základem sbírek hudebně-historického oddělení je notový archiv, čítající na 122 000 notových rukopisů a tisků z období od počátku 18. století do současnosti. Těžiště spočívá v hudebninách z 18. a počátku 19. století, jež jsou součástí širších celků, vzniklých buď sběratelskou činností jednotlivců, nebo jako výsledek hudebního provozu v šlechtických domech či v klášterních komunitách. K nejvýznamnějším celkům náleží sbírka Ondřeje Horníka, obsahující především rukopisy z kostelních kůrů českého venkova, a sbírka houslaře Eduarda Emanuela Homolky, jejíž součástí je vedle vzácných tisků děl starých českých mistrů i početný soubor ikonografických materiálů. Cenné jsou i historické zámecké sbírky předané do Národního muzea po druhé světové válce. Mezi nimi zvláště významná je clam-gallasovská sbírka z Frýdlantu, valdštejnská sbírka z Doksů, sbírka z Kačiny (Chotkové), z Klášterce nad Ohří (Thunové), z Radenína (Krakowští z Kolowrat) a pachtovská sbírka z Liblice. Klášterní sbírky, které se do Národního muzea dostaly v padesátých letech z konfiskovaného majetku klášterů, byly z větší části v restitucích vráceny, zachována je však důležitá sbírka cisterciáckého kláštera z Oseku u Duchcova a sbírka milosrdných bratří z Kuksu. Tyto rozsáhlé soubory obsahují jedinečné a v mnoha případech i unikátně dochované materiály, důležité pro studium dějin nejen české, ale i evropské hudby.
Součástí notového archivu je i sbírka autografů děl nejpřednějších skladatelských osobností. Ke skvostům zde náleží dva autografy skladeb pro mandolinu a cembalo Ludwiga van Beethovena. Vzácným unikátem je i Škroupův autograf písně a pozdější národní hymny Kde domov můj. Četné jsou autografy skladatelů 20. století, mezi nimiž je bohatou kolekcí zastoupen zejména Bohuslav Martinů. Notové autografy jsou obsaženy i ve skladatelských pozůstalostech jakožto nejdůležitější součást těchto celků. Oddělení uchovává pozůstalosti Josefa Suka, Vítězslava Nováka, Karla Kovařovice, Otakara Ostrčila, Jana Kubelíka, Jaroslava Ježka, Jaroslava Křičky, Emila Axmana, Julia Fučíka, Erwina Schulhoffa, Aloise Háby, Miloslava Kabeláče, Pavla Bořkovce, Karla Boleslava Jiráka a mnoha dalších skladatelů a interpretů 19. a 20. století.
Hudebněhistorické oddělení vlastní i rozsáhlou sbírku nenotových písemností, v níž jsou vedle převažující korespondence skladatelů a dalších osobností hudebního života obsaženy osobní doklady, rukopisy hudebně-publicistických a hudebně-vědeckých prací, rukopisné poznámky a pamětní zápisy. Početností vyniká korespondence Leoše Janáčka, Bohuslava Martinů, Otakara Ostrčila, Ladislava Vycpálka, Emy Destinnové, zejména ale Josefa Bohuslava Foerstera. Jsou zde i dopisy vynikajících světových skladatelů a interpretů, jako Gustava Mahlera, Antona Brucknera, Clary Schumannové, Richarda Wagnera, Franze Liszta, Felixe Mendelssohna-Bartholdyho, Maxe Regera ad.
Cenným pramenem pro hudebně-historický výzkum je i sbírka přibližně 52 000 koncertních a divadelních programů, plakátů, novinových výstřižků a drobných tisků z období od poslední čtvrtiny 18. století do současnosti. Vzácným unikátem je zde nejstarší dochovaný plakát k pražskému provedení Mozartova Dona Giovanniho z 2. září 1788.
Specifikem hudebně-historického oddělení je největší hudebně-ikonografická sbírka na území České republiky, obsahující plastiky, obrazy, grafiku, fotografie a negativy v celkovém počtu přes 20 000 kusů. Ve sbírce se nacházejí i osobní předměty z majetku umělců, jako vyznamenání, řády, stříbrné věnce a nejrůznější dary, ale i jednotlivé kusy nábytku.
Nejmladším sbírkovým úsekem, systematicky budovaným teprve od šedesátých let tohoto století, je fonotéka. Za poměrně krátkou dobu bylo shromážděno přes 55 000 zvukových nosičů, od fonografických válečků přes standardní a dlouhohrající gramofonové desky až po kompaktní desky.