Současně s otevřením Národní technické knihovny v roce 2009 byla zahájena také činnost Galerie NTK, která se stala integrální součástí provozu knihovny. Galerie pravidelně organizuje výstavy zaměřené především na propojení současného umění, vědy a technologií, dále prezentaci architektury a vzhledem k místu, kde se knihovna nachází – je součástí univerzitního kampusu – také nemalý počet studentských projektů. Pracovníci Galerie NTK připravili několik skupinových přehlídek s mezinárodní účastí. Kromě těchto vlastních výstav galerie navázala spolupráci s řadou kulturních a vědeckých institucí a subjektů, jež přinesly do výstavního prostoru další zajímavá témata.
 
Důležitou součástí programu Galerie NTK jsou výstavy studentů uměleckých oborů nebo architektury. Pravidelně se v NTK objevují klauzurní či diplomní projekty z Fakulty architektury ČVUT. Divadelní institut uspořádal v Galerii NTK dvě ambiciózní výstavy.
 
Jednotlivé výstavy v parteru i  v Galerii NTK navštěvují řádově stovky až tisíce diváků. Program galerie bývá často reflektován ve zpravodajství předních českých médií. Kurátorem Galerie NTK je Milan Mikuláštík.