Se construyó en uno de los Foros de los Estudios Churubusco, y en ese entonces estaba adscrita a la Dirección de Cinematografía de la Secretaría de Gobernación. La conformaban dos salas de proyección abiertas al público (Salón Rojo y Sala Fernando de Fuentes), y tenía además un área de exposiciones periódicas, una hemeroteca-biblioteca especializada, una librería, un restaurante y bóvedas de seguridad para el almacenamiento de filmes con temperatura y humedad controladas, así como un taller de mantenimiento y reparación de películas.

Desde sus inicios llevó a cabo un intenso programa de publicaciones en apoyo a la difusión de la cultura cinematográfica, así como un proyecto llamado Cine móvil, consistente en el recorrido itinerante de títulos relevantes del cine mexicano y mundial a plazas y espacios abiertos de la Ciudad de México y algunos puntos de la República. Una reforma administrativa de la Presidencia de la República en 1976 creó la Dirección General de Radio, Televisión y Cinematografía (RTC) y la Cineteca Nacional pasó a formar parte de ella; un año antes ya había ingresado a la FIAF (Federación Internacional de Archivos Fílmicos), convirtiéndose en miembro activo en 1977, época en la que comenzó a organizar la Muestra Internacional de Cine. En 1980 abrió por vez primera su Foro Internacional de la Cineteca, espacio reservado para el documental, los nuevos creadores y la vanguardia. Lamentablemente, en la tarde del 24 de marzo de 1982 un incendio interrumpió sus logros y destruyó tanto las instalaciones como el material allí custodiado.

Las nuevas instalaciones fueron inauguradas el 27 de enero de 1984, y así la Plaza de los Compositores de la Avenida México-Coyoacán 389 se convirtió en la Cineteca Nacional. Dentro de la nueva sede, que contaba con cuatro salas de exhibición (con capacidad para 550 espectadores cada una), se continuaron actividades como la Muestra Internacional de Cine, el Foro Internacional de la Cineteca, además de ciclos, retrospectivas y semanas internacionales de cine, entre otros.

En 1992 se dio inicio a la construcción de bóvedas para almacenamiento con los controles de seguridad, humedad y temperatura que la FIAF exige a todo archivo fílmico, financiadas con ingresos de la propia Cineteca, las cuales fueron inauguradas en 1994. Dos años después, en 1996, un nuevo cambio administrativo la separa de RTC para ser integrada dentro del Consejo Nacional para la Cultura y las Artes. A partir de ese momento se estableció una red nacional de exhibición de la Muestra y el Foro, se planteó la formación de un mejorado Centro de Documentación e Información y la creación de nuevas salas de proyección.

También, en 1992, la UNESCO (Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura) estableció el programa Memoria del Mundo, destinado a proteger y promover el patrimonio documental del mundo a través de la preservación y el acceso a dichos documentos (manuscritos, impresos, películas, fotografías, discos, documentos digitales, etcétera.). Establecido en el 2001, el Comité Mexicano Memoria del Mundo de la UNESCO (integrado por los responsables de las principales instituciones públicas y privadas con documentos impresos, visuales, musicales, fotográficos, sonoros, electrónicos y digitales resguardados), respaldó la propuesta de Cineteca Nacional y Filmoteca de la UNAM para nominar el negativo original de Los Olvidados (Luis Buñuel, 1950) al programa Memoria del Mundo, lo cual se obtuvo en agosto de 2003.

En cuanto a su programa editorial, junto con la aparición ininterrumpida del Programa Mensual y los programas de mano del Foro y la Muestra, se han ido concretando las ediciones de otras muchas publicaciones. A lo largo de los últimos años, la Cineteca ha sido visitada por artistas de talla internacional como Peter Greenaway, Liv Ullmann, David Cronenberg o Theo Angelopoulos, sin olvidar a los creadores mexicanos, como los multipremiados Guillermo del Toro, Felipe Cazals y Arturo Ripstein, entre otros.

A sus 35 años de existencia, La Cineteca Nacional es hoy la encargada de preservar la memoria fílmica de la nación, así como la casa de quienes hacen nuestro cine y de aquellos que quieren conocer y disfrutar de lo mejor del cine mundial.