La primera fundación del Hospital San Carlos, actual sede del Museo Nacional Centro de Arte Reina Sofía, se debe al rey Felipe II, quien centralizo en este lugar todos los hospitales dispersos en el siglo XVI.
En el siglo XVIII Carlos III decide una nueva fundación pues le parecían insuficientes las instalaciones para la ciudad, no fue hasta su muerte en 1788 que el edificio asume la función para la que había sido construido, la de Hospital. Se clausura el hospital en 1965, logrando sobrevivir a rumores de demolición y en 1977 es declarado Monumento Histórico-Artístico, garantizando así su supervivencia.
La restauración del edificio comienza en 1980, realizada por Antonio Fernández Alba, en abril de 1986 se abre el Centro de Arte Reina Sofía utilizando las plantas 0 y 1 del antiguo hospital como salas de exposiciones temporales.
En 1988, José Luis Íñiguez de Onzoño y Antonio Vázquez de Castro llevaron a cabo las últimas modificaciones, destacando especialmente las tres torres de ascensores de vidrio y acero, diseñadas en colaboración con el arquitecto británico Ian Ritchie.
El 27 de mayo de 1988 fue creado por Real Decreto 535/88 el museo como Organismo Autónomo dependiente del Ministerio de Cultura, con sede en el Hospital de San Carlos de Madrid.
Los reyes D. Juan Carlos y Doña Sofía inauguraban el 10 de septiembre de 1992 la Colección Permanente del Museo Nacional Centro de Arte Reina Sofía, que hasta ese momento sólo eran exposiciones temporales. A partir de entonces quedó constituido en auténtico museo, con el deber de custodiar, acrecentar y exhibir sus fondos artísticos; promover el conocimiento y el acceso del público al arte contemporáneo en sus diversas manifestaciones; realizar exposiciones de nivel internacional, y poner en marcha actividades de formación, didácticas y de asesoramiento en relación a sus contenidos, tal y como se recoge en su Estatuto.
En el 2001 se amplio el museo debido a su desarrollo en las colecciones, actividades, servicios y el número de sus visitantes, la construcción del nuevo edificio por el arquitecto Jean Nouvel inaugurado en septiembre de 2005.
Los nuevos espacios suponen un aumento de más de un 60% sobre la superficie del edificio antiguo (51.297m²), pues se ha pasado a contar con 84.048 m². El Museo Nacional Centro de Arte Reina Sofía dispone así de un espacio expositivo privilegiado, teniendo como exhibición permanente la obra de Pablo Picasso «Guernica»