Die Nationaloper wurde 1939 dank der Taten von Kostis Bastias, Schriftsteller, Journalist, Direktor des Königlichen (Nationalen) Theater und Direktor für Literatur und Kunst der Regierung von Metaxas, gegründet. Vorausgegangen waren 150 Jahre Blütezeit der melodramatischen Kunst in die vom osmanischen Joch befreiten Ionische Inseln und ein halbes Jahrhundert Erfahrung der bedeutendsten inländischen privaten Operntruppe, die als Hellenisches Melodrama (1888-1943) bekannt wurde.
Zunächst fungierte die neu gegründete Truppe als Teil des Königlichen Theaters und gab Auftritte auf der Bühne des neoklassizistischen Theaters von Ziller in der Agios-Konstantinos-Straße. Vom ersten Moment an wurden neben der Oper auch Operette und Tanz gleichermaßen gepflegt. Als Eröffnungswerk wurde die Operette „Die Fledermaus“ ausgewählt, die die drei Künste vereinte. Als erste Oper wurde Madama Butterfly von Giacomo Puccini ausgewählt. Mit dieser Truppe machte die junge Maria Kalogeropoulou (Kallas) ihre ersten künstlerischen Schritte und spielte Hauptrollen in Opern wie „Tosca“ von Puccini, Fidelio von Ludwig van Beethoven, „Tiefland“ von D’Albert und „Protomastoras“ von Manolis Kalomiris.
1944, vor der Befreiung, wurde die Truppe autonom und begann ihre Unabhängigkeit als juristische Person des öffentlichen Rechts unter dem Namen Nationales Opernhaus und mit dem ersten Olympia-Theater in der Akadimias-Straße als Dach. Als Eröffnungswerk wurde die Oper „Rea“ des Korfu-Komponisten Spyridonos-Filiskos Samaras gewählt. Der erste Direktor der Organisation war der Komponist Manolis Kalomiris.
1958 wurde das heutige Olympia-Theater am selben Ort wie das ältere mit „Aida“ von Giuseppe Verdi eingeweiht. Es folgte eine Blütezeit, in der sich das Repertoire der Organisation deutlich erweiterte, mit ihrem Bildungsauftrag als Kriterium und mit einer Logik, die dem heutigen Verständnis von Kulturmanagement entsprach. Jede künstlerische Periode umfasste etwa 20 Produktionen, während insgesamt etwa 30 Werke für die erste Präsentation vorgelegt wurden, die alle Epochen abdeckten, vom Barock bis zum modernen Schaffen, und alle Schulen, von Italienisch, Französisch und Deutsch bis zu den Nationalschulen Osteuropas und der Werke griechischer Komponisten. Wichtige Aufführungen fanden im Herodes-Atticus-Konservatorium und im antiken Theater von Epidaurus statt, mit Maria Kallas als Star.
Der besonders positive künstlerische Kurs wurde durch die Einführung eines Militärregimes im Jahr 1967 unterbrochen. In den folgenden sieben Jahren eröffnete die Nationaloper ihre jährliche regelmäßige Präsenz in Thessaloniki, bei der fast alle Werke jeder künstlerischen Epoche präsentiert wurden. Nach der Wiederherstellung der Demokratie im Jahr 1974 wurde eine neue Generation griechischer Künstler ins Theater eingeladen, was ihm eine neue Dynamik verlieh. In den schwierigen Jahren des Regierungswechsels durchliefen würdige Regisseure von der Nationaloper, die sie unterstützten, so dass trotz der finanziellen und institutionellen Schwierigkeiten ihre Entwicklung und künstlerische Arbeit sichergestellt werden konnte. Die Umwandlung der Nationaloper in eine juristische Person des Privatrechts (1994) ermöglichte ihre Weiterentwicklung. Nach und nach begannen Koproduktionen mit bedeutenden ausländischen Theatern, eine Politik, die sich nach 2000 deutlich weiterentwickelte. Der parallelen erheblichen Erweiterung des Repertoires folgte eine noch stärkere Aufwertung der Shows und der internationalen Sichtbarkeit der Organisation, während die Extrovertiertheit durch verschiedene Aktionen im ganzen Land zur Erweiterung des Publikums beitrug.
Am 23. Februar 2017 wurde das Kulturzentrum der Stavros Niarchos-Stiftung, zu dem auch das neue Dach der Nationaloper gehört, an den griechischen Staat übergeben. Erste Auftritte der Organisation in ihren beiden Veranstaltungsorten, die Stavros Niarchos Halle und die Alternative Bühne, fanden während der Probezeit im Frühjahr 2017 statt.