Istituita nel 1949, con sede a Roma, conserva tutti i film di nazionalità italiana prodotti da allora. Sorse dal patrimonio archivistico del Centro sperimentale di cinematografia che nel 1943 era stato asportato dagli occupanti tedeschi perdendo materiali unici. I film, inviati in Germania, andarono perduti nel corso degli eventi bellici e inutili furono tutti i tentativi di rintracciarli in Germania e in Unione Sovietica nel dopoguerra.

Ha in archivio 80 000 pellicole, 600 000 fotografie e 50 000 manifesti. A questo si affianca l'attività di restauro di opere significative e la collaborazione con istituzioni estere per la distribuzione di film italiani nei festival e nelle manifestazioni nel mondo. L'archivio filmico è ospitato nella sede del Centro sperimentale di cinematografia di Roma, in via Tuscolana 1524, e nella sede distaccata di Ivrea che ospita l'Archivio Nazionale del Cinema d'Impresa.

Il patrimonio consiste in circa 45 000 film, tra cui tutte le produzioni del Centro sperimentale di cinematografia. Oltre ai film italiani la Cineteca custodisce alcune migliaia di film stranieri, acquisiti attraverso scambi con cineteche di altri paesi aderenti alla Fédération Internationale des Archives du Film (FIAF).

La Cineteca Nazionale ospita inoltre, nella sezione Fototeca-Manifestoteca, una raccolta di 600 000 fotografie e 50 000 manifesti, nonché la collezione dell'Associazione italiana per le ricerche di storia del cinema (AIRSC).