สืบเนื่องจากที่ องค์กรความร่วมมือระหว่างประเทศของญี่ปุ่น หรือ ไจกา (Japan International Cooperation Agency; JICA) ให้การสนับสนุนงบประมาณและอุปกรณ์ต่างๆ สำหรับถ่ายทอดวิทยุกระจายเสียง และถ่ายทำรายการโทรทัศน์ภายในห้องส่ง (Studio) แก่มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช (มสธ.) เพื่อให้ มสธ.นำไปใช้ก่อตั้ง ศูนย์ผลิตรายการวิทยุและโทรทัศน์ (Educational Broadcasting Production Center; EBPC) ของมหาวิทยาลัยฯ ระหว่างปี พ.ศ. 2525-2527 ทว่าขณะนั้น ประเทศไทยไม่มีสถานีโทรทัศน์เพื่อการศึกษา เพื่อรองรับเนื้อหาที่ผลิตขึ้นจากศูนย์ผลิตรายการฯ ดังกล่าว ต่อมาในวันอังคารที่ 15 มกราคม พ.ศ. 2528 คณะรัฐมนตรีลงมติให้กรมประชาสัมพันธ์ จัดทำโครงการสถานีวิทยุโทรทัศน์แห่งชาติ เพื่อทำหน้าที่เป็นสถานีโทรทัศน์เพื่อการศึกษา เผยแพร่ข้อมูลข่าวสารของราชการสู่ประชาชน และเพื่อประโยชน์สาธารณะ รวมไปถึงการเสริมสร้างความเข้าใจอันดี ระหว่างรัฐบาลกับประชาชน ตลอดจนเป็นสถานีโทรทัศน์แม่ข่าย ให้แก่สถานีโทรทัศน์ส่วนภูมิภาค ในเครือข่ายกรมประชาสัมพันธ์ทั่วประเทศ

จากนั้นกรมประชาสัมพันธ์ นำเครื่องส่งโทรทัศน์สีของกรมประชาสัมพันธ์ จากสถานีเครื่องส่งโทรทัศน์อำเภอเด่นชัย จังหวัดแพร่ มาใช้แพร่ภาพชั่วคราว ด้วยระบบวีเอชเอฟความถี่สูง ช่องที่ 11 (Band3, VHF CH-11) จากอาคารศูนย์ระบบโทรทัศน์ ของกรมประชาสัมพันธ์ ริมถนนเพชรบุรีตัดใหม่ จัดตั้งขึ้นเป็นสถานีวิทยุโทรทัศน์แห่งประเทศไทย และเริ่มต้นทดลองออกอากาศเป็นครั้งแรก ประมาณต้นเดือนตุลาคม พ.ศ. 2528[2] ก่อนจะแพร่ภาพเป็นประจำทุกวัน ระหว่างเวลา 16:30-21:00 น. ตั้งแต่วันที่ 1 มกราคม พ.ศ. 2529 แต่ด้วยข้อจำกัดทางงบประมาณของกรมประชาสัมพันธ์ รวมทั้งเครื่องส่งโทรทัศน์มีกำลังส่งต่ำ เป็นผลให้ดำเนินการแพร่ภาพออกอากาศได้ไม่สะดวก ดังนั้น ศาสตราจารย์ ยามาซากิ, ศาสตราจารย์ ดร.ชัยยงค์ พรหมวงศ์ และ รองศาสตราจารย์ ดร.นิคม ทาแดง ซึ่งเป็นผู้ร่วมดำเนินการก่อตั้ง ศูนย์ผลิตรายการวิทยุและโทรทัศน์ มสธ. ร่วมกันจัดทำร่างโครงการขอความช่วยเหลือจากรัฐบาลญี่ปุ่น ซึ่งต่อมาอนุมัติวงเงิน 2,062 ล้านเยน (ขณะนั้นคิดเป็นประมาณ 300 ล้านบาท) แบบให้เปล่าผ่านไจกา เพื่อดำเนินการก่อสร้างอาคารที่ทำการ จัดซื้อและติดตั้งอุปกรณ์ เครื่องส่งวิทยุโทรทัศน์ ระหว่างวันที่ 13 กรกฎาคม พ.ศ. 2530 ถึงวันที่ 28 มีนาคม พ.ศ. 2531 รวมระยะเวลาประมาณ 9 เดือน โดยระหว่างนั้น สทท.ยุติการออกอากาศเป็นการชั่วคราว ตั้งแต่วันที่ 1 พฤศจิกายน พ.ศ. 2530 เพื่อดำเนินการโอนย้ายระบบออกอากาศดังกล่าว

ต่อมาในวันจันทร์ที่ 11 กรกฎาคม พ.ศ. 2531 เวลา 10:00 นาฬิกา สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินทรงเปิด อาคารที่ทำการสถานีวิทยุโทรทัศน์แห่งประเทศไทย อย่างเป็นทางการ[3] จากนั้นเป็นต้นมาจึงกำหนดให้วันที่ 11 กรกฎาคมของทุกปี เป็นวันคล้ายวันสถาปนาสถานีวิทยุโทรทัศน์แห่งประเทศไทย ช่อง 11 กรมประชาสัมพันธ์ ต่อมาจึงเริ่มกลับมาออกอากาศ ข่าวภาคเช้า ข่าวภาคค่ำ รายการเพื่อการศึกษา และรายการประเภทอื่น ไปยังสถานีเครือข่ายส่วนภูมิภาค ตั้งแต่วันที่ 1 พฤศจิกายน พ.ศ. 2531 จนถึงปัจจุบัน สถานีวิทยุโทรทัศน์แห่งประเทศไทย ช่อง 11 กรมประชาสัมพันธ์ ในฐานะที่เป็นสถานีโทรทัศน์แห่งชาติ ดำเนินการเผยแพร่ข้อมูลข่าวสารของราชการ และนำเสนอรายการที่เป็นสาระความรู้ โดยเฉพาะด้านการศึกษา, ศิลปวัฒนธรรม และประเพณี มาโดยตลอด ซึ่งรูปแบบการดำเนินงานนั้น สทท.11 ในส่วนกลางที่กรุงเทพมหานคร จะดำเนินการถ่ายทอดรายการเป็นส่วนมาก และบางช่วงเวลาจะให้สถานีวิทยุโทรทัศน์แห่งประเทศไทยในส่วนภูมิภาค ดำเนินการถ่ายทอดรายการของตนเฉพาะท้องถิ่นไป แล้วแต่ช่วงเวลานั้นๆ อย่างไรก็ดีปฏิเสธไม่ได้ว่า ในช่วงระยะเวลาแรกๆ สทท.11 มักถูกมองข้ามจากผู้ชมส่วนใหญ่ เนื่องด้วยความเป็นสถานีโทรทัศน์ของรัฐบาล ซึ่งไม่มีรายการที่สามารถดึงดูดผู้ชมได้ โดยเฉพาะรายการประเภทบันเทิง เช่นละครโทรทัศน์หรือเกมโชว์ และประกอบกับเป็นสถานีโทรทัศน์ที่ไม่อาจหารายได้ด้วยการโฆษณา จึงทำให้ประเภทรายการที่ออกอากาศทาง สทท.11 มีอยู่อย่างจำกัด ส่งผลให้มีผู้ติดตามรับชมจำนวนไม่มากนัก

อย่างไรก็ดี ในปี พ.ศ. 2539 สทท.11 มีข้อเสนอให้หน่วยงานต่างๆ โดยเฉพาะภาครัฐ สามารถแสดงภาพสัญลักษณ์หรือเครื่องหมายการค้าบนหน้าจอโทรทัศน์ได้ นอกจากนั้นก็ยังต่อยอดจากข้อเสนอข้างต้น ด้วยการผลิตภาพยนตร์โฆษณาของสถานีฯ เพื่อออกอากาศด้วยตนเอง ซึ่งดำเนินมาจนกระทั่งมีการตราพระราชบัญญัติการประกอบกิจการกระจายเสียงและกิจการโทรทัศน์ พ.ศ. 2551 ซึ่งตามกฎหมายดังกล่าวมีการกำหนดไม่ให้กรมประชาสัมพันธ์หารายได้จากการโฆษณาเชิงพาณิชย์ [4] แต่ สทท.11 ยังคงมีโฆษณาเชิงพาณิชย์อย่างต่อเนื่องจนกระทั่งเมื่อสำนักงาน กสทช. แจ้งเตือนให้ สทท. ห้ามมีการโฆษณาเชิงพาณิชย์ในรายการ ในช่วงปี พ.ศ. 2561[5] ทำให้มีการย้ายบางรายการที่ไม่สามารถปรับตัวให้ปลอดการโฆษณาเชิงพาณิชย์ได้ ไปออกอากาศทางช่องโทรทัศน์ของเอกชนแทน แต่ต่อมาเมื่อวันที่ 23 พฤษภาคม พ.ศ. 2561 พลเอกประยุทธ์ จันทร์โอชา ใช้อำนาจหัวหน้าคณะรักษาความสงบแห่งชาติตามมาตรา 44 แห่งรัฐธรรมนูญแห่งราชอาณาจักรไทย (ฉบับชั่วคราว) พุทธศักราช 2557 ซึ่งรับรองโดยมาตรา 265 แห่งรัฐธรรมนูญแห่งราชอาณาจักรไทย พุทธศักราช 2560 อนุญาตให้กรมประชาสัมพันธ์สามารถมีโฆษณาได้เท่าที่จำเป็นและเพียงพอต่อการผลิตรายการตามวัตถุประสงค์โดยต้องไม่เป็นการมุ่งต่อการแสวงหากำไรทางธุรกิจ ซึ่งส่งผลให้ สทท. สามารถหารายได้จากการโฆษณาได้เทียบเท่ากับ ททบ.5 โดยให้เป็นไปตามหลักเกณฑ์ที่ กสทช. กำหนด [6]

อนึ่ง สทท.11 เริ่มมีชื่อเสียงในการถ่ายทอดการแข่งขันกีฬา จากการริเริ่มนำเทปการแข่งขันมวยปล้ำอาชีพมาออกอากาศในระยะหนึ่ง และถ่ายทอดสดฟุตบอลยูฟ่าแชมเปียนส์ลีก ในช่วงปี พ.ศ. 2540-2543 จนกระทั่งในช่วงปี พ.ศ. 2545 เป็นต้นมา สทท.11 ก็กลับมามีชื่อเสียงในเรื่องนี้อีกครั้ง เมื่อร่วมกับบริษัท ทศภาค จำกัด บริษัทลูกที่ประกอบกิจการโฆษณาในเครือไทยเบฟเวอเรจ, สถานีโทรทัศน์โมเดิร์นไนน์ทีวี และสถานีโทรทัศน์ไอทีวี ถ่ายทอดสดการแข่งขันฟุตบอลโลก 2002 ซึ่งจัดขึ้นที่สาธารณรัฐเกาหลี (เกาหลีใต้) และประเทศญี่ปุ่น โดยไม่มีภาพยนตร์โฆษณาระหว่างการแข่งขัน ซึ่งหลังจากนั้น สทท.11 ก็ดำเนินการถ่ายทอดสดกีฬาอีกหลายรายการอย่างต่อเนื่องจนถึงปัจจุบัน อนึ่ง กรณีถ่ายทอดสดฟุตบอลโลก 2002 นับเป็นเรื่องแปลกใหม่ของวงการโทรทัศน์ไทยในขณะนั้น เนื่องจากตามธรรมเนียมปกติที่ผ่านมา การถ่ายทอดโทรทัศน์ในมหกรรมกีฬาระดับนานาชาติ ผู้บริหารสถานีโทรทัศน์ภาคพื้นดินช่องต่างๆ มักรวมตัวกันในนามโทรทัศน์รวมการเฉพาะกิจแห่งประเทศไทย (ทีวีพูล) เพื่อซื้อลิขสิทธิ์การเผยแพร่ในประเทศไทย และหารายได้ทดแทนค่าลิขสิทธิ์ ด้วยการเสนอภาพยนตร์โฆษณาสินค้าบริการต่างๆ คั่นระหว่างการถ่ายทอด

ในช่วงต้นปี พ.ศ. 2551 สมัยรัฐบาลสมัคร สุนทรเวช จักรภพ เพ็ญแข รัฐมนตรีประจำสำนักนายกรัฐมนตรีขณะนั้น ในฐานะกำกับดูแลกรมประชาสัมพันธ์ มีแนวความคิดเปลี่ยนแปลง สทท.11 เพื่อปรับปรุงระบบการบริหารงาน และตอบสนองเจตนารมณ์ของการก่อตั้งสถานีฯ ดังนั้นในวันอังคารที่ 1 เมษายน พ.ศ. 2551 ตั้งแต่เวลา 06.00 น. สทท.11 จึงเปลี่ยนชื่อเป็น สถานีวิทยุโทรทัศน์แห่งประเทศไทย (National Broadcasting Services of Thailand; เอ็นบีที) ซึ่งเป็นชื่อที่ใช้จดทะเบียนสมาชิกกับสหภาพวิทยุ-โทรทัศน์แห่งเอเชีย-แปซิฟิก (Asia-Pacific Broadcasting Union; ABU) และเปลี่ยนสีประจำสถานีเป็นสีแดง พร้อมกันนั้น ยังเริ่มออกอากาศรายการรูปแบบใหม่ เพื่อให้สมเจตนารมณ์ในการก่อตั้งสถานีและเพื่อประโยชน์สาธารณะ ทั้งนี้ เอ็นบีทีจะนำเสนอข่าวที่ผลิตโดยกองบรรณาธิการข่าวของสถานีฯ เอง ซึ่งแยกออกมาจากสำนักข่าวกรมประชาสัมพันธ์ ต่างจากในยุค สทท.11 ซึ่งจะนำเสนอข่าวที่ผลิตจากสำนักข่าวกรมประชาสัมพันธ์แทบทั้งสิ้น

ทั้งนี้ สถานีโทรทัศน์เอ็นบีที นำอดีตผู้ประกาศข่าวหลายคนของสถานีโทรทัศน์ทีไอทีวีเดิม ที่ไม่เข้าร่วมงานกับสถานีฯต่อเมื่อเปลี่ยนชื่อไปเป็นสถานีโทรทัศน์ทีวีไทยมาทำหน้าที่ ไม่ว่าจะเป็นตวงพร อัศววิไล, จอม เพชรประดับ, จิรายุ ห่วงทรัพย์, ปนัดดา วงศ์ผู้ดี, สร้อยฟ้า โอสุคนธ์ทิพย์ เป็นต้น ซึ่งเอ็นบีทีนำเสนอภาพลักษณ์สถานีโทรทัศน์ข่าวสาร โดยให้เวลานำเสนอข่าวในผังรายการ มากกว่า 13 ชั่วโมงต่อวัน และปรับรูปลักษณ์ของสถานีฯ เพื่อให้มีความทันสมัยมากกว่าเดิม ซึ่งในช่วงแรก เอ็นบีทีถูกจับตาอย่างยิ่งจากหลายฝ่าย จากการประกาศตัวเป็นคู่แข่งกับสถานีโทรทัศน์ทีวีไทย (ปัจจุบันคือสถานีโทรทัศน์ไทยพีบีเอส) ในลักษณะของ "สงครามสื่อโทรทัศน์ภาครัฐ" เนื่องจากเอ็นบีทีนำเสนอความเป็นทีวีสาธารณะของภาครัฐบาล ขึ้นรับมือกับไทยพีบีเอส ที่ประกาศตัวเป็นสถานีโทรทัศน์สาธารณะแห่งแรกของประเทศไทยไปก่อนหน้า และนอกจากนี้ เอ็นบีทียังถูกจับตามองอย่างยิ่งในแง่มุมของการเสนอข่าว ซึ่งมีบางฝ่ายวิพากษ์วิจารณ์ว่า เอ็นบีทีนำเสนอข่าวในลักษณะเข้าข้างรัฐบาลเป็นพิเศษ

ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2551 มีการเปลี่ยนตัวนายกรัฐมนตรี จากนายสมชาย วงศ์สวัสดิ์เป็นนายอภิสิทธิ์ เวชชาชีวะ รัฐบาลขณะนั้นมีนโยบายปฏิรูปสถานีโทรทัศน์แห่งประเทศไทย โดยจัดประกวดตราสัญลักษณ์ใหม่ ซึ่งกำหนดแนวคิดตราสัญลักษณ์ ให้สื่อถึงความเป็นโทรทัศน์แห่งชาติ มีความทันสมัยผสมผสานกับความเป็นไทย และจะเริ่มใช้ในวันที่ 1 เมษายน พ.ศ. 2552 ซึ่งเป็นวันครบรอบ 1 ปี การใช้ชื่อเอ็นบีที โดยสาทิตย์ วงศ์หนองเตย รัฐมนตรีประจำสำนักนายกรัฐมนตรีขณะนั้น เป็นผู้เปิดตราสัญลักษณ์ใหม่ และเปิดตัวสถานีฯ ในฐานะสถานีโทรทัศน์แห่งชาติ จากนั้นจึงมีการเลิกสัญญาบริษัทผลิตข่าว ซึ่งเดิมเป็นของ บริษัท ดิจิตอลมีเดียโฮลดิ้ง จำกัด มาประมูลใหม่ ซึ่งหน่วยงานที่ได้รับการคัดเลือก จากการประกวดราคานี้ได้แก่บริษัท โพสต์พับลิชชิง จำกัด (มหาชน) เจ้าของหนังสือพิมพ์บางกอกโพสต์กระทั่งต่อมา เอ็นบีทีเรียกเวลารายการข่าวมาผลิตเองทั้งหมด

ในยุคที่ เอ็นบีที กำลังจะก้าวสู่การแพร่ภาพโทรทัศน์ภาคพื้นดินระบบดิจิตอล เมื่อวันที่ 11 กรกฎาคม พ.ศ. 2557 สถานีได้เปลี่ยนอักษรย่อที่กำกับด้านล่าง จากอักษรไทยเป็นอักษรอังกฤษ และทดลองออกอากาศผ่านโครงข่ายของกรมประชาสัมพันธ์ โดยระยะแรกออกอากาศในอัตราส่วน 4:3 โดยมีแถบสีม่วงอยู่ที่บริเวณด้านซ้ายและขวาของหน้าจอ แต่ต่อมาได้ปรับอัตราส่วนจอเป็น 16:9 แต่ในปีเดียวกัน กรมประชาสัมพันธ์ ประสบปัญหาโครงข่ายโทรทัศน์ดิจิตอลที่ล่าช้า ประกอบกับการจัดซื้อจัดจ้าง ประกวดราคา ประมูลโครงข่าย และขั้นตอนการจัดระเบียบทางราชการ นำไปสู่การเลื่อนเปิดใช้โครงข่ายทีวีดิจิตอลออกไป จนกระทั่งเมื่อวันที่ 1 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2559 กรมประชาสัมพันธ์ ได้เปิดใช้โครงข่ายทีวีระบบดิจิตอล ตั้งแต่ที่ กรุงเทพมหานคร และจังหวัดอื่นๆ ทยอยเปิดใช้โครงข่ายในอนาคต ระนาบเดียวกัน มีการปรับรูปแบบรายการข่าวใหม่ด้วยรูปแบบห้องส่งใหม่ที่มีคุณภาพเทียบเท่าช่องโทรทัศน์บริการธุรกิจ เช่น ฉากกำแพงวิดิทัศน์ (Video Wall) ขนาดใหญ่ โดยใช้ฉากหลังเป็นภาพสถานที่ท่องเที่ยวสำคัญๆในประเทศไทย หรือ ฉากที่มีข้อความรณรงค์ต่างๆ และกลางปี พ.ศ. 2559 มีการปรับรูปแบบรายการข่าวใหม่โดยใช้ชื่อรายการข่าวแนวเดียวกับช่องโทรทัศน์บริการธุรกิจทั่วไป ส่วนกราฟิกเปิดรายการข่าวยังคงเดิม เพียงแต่มีการปรับสีเล็กน้อย รวมถึง เอ็นบีที.ได้นำเทคโนโลยี VTag QRCode ซึ่งจะนำคิวอาร์โค้ดซึ่งเชื่อมโยงสื่อสังคมออนไลน์ของสทท. โดยนำมาแสดงที่บริเวณมุมจอล่างขวาถัดจากสัญลักษณ์ของสถานีฯบนหน้าจอ (หรือกรอบล่ามผู้บรรยายภาษามือในบางรายการ เช่น ข่าวภาคค่ำ ฯลฯ)

ปี พ.ศ. 2560 เอ็นบีที เริ่มใช้เพลงประกอบและไตเติ้ลข่าวใหม่ รวมถึงปรับรูปแบบไตเติ้ลข่าวภูมิภาคให้เป็นมาตรฐานเดียวกันกับส่วนกลาง จนกระทั่งเริ่มมีการออกอากาศช่องรายการส่วนภูมิภาคผ่านโทรทัศน์ภาคพื้นดินระบบดิจิทัลของ สทท. เมื่อวันที่ 1 พฤศจิกายน พ.ศ. 2561 จึงได้ยุติการใช้กราฟิกและเพลงประกอบจากส่วนกลาง

ในช่วง อุทกภัยในภาคใต้ของประเทศไทย พ.ศ. 2560 สทท.ได้ปรับรูปแบบการนำเสนอเพื่อเป็นสถานีสื่อกลางในการรายงานข่าวเหตุอุทกภัยและรายงานการช่วยเหลือผู้ประสบภัยโดยใช้แถบ L-Bar ในการนำเสนอข่าวสารเกี่ยวกับอุทกภัยภาคใต้ที่ด้านขวามือของจอ สลับกับรายการปกติตามผังซึ่งจะลดขนาดลงมากึ่งหนึ่ง ยกเว้นบางรายการเช่น ข่าวในพระราชสำนัก ถ่ายทอดสดพระราชพิธี รวมถึงรายการภาคบังคับจากคณะรักษาความสงบแห่งชาติ ยังคงแสดงเต็มหน้าจอ

และในวันที่ 16 กรกฎาคม พ.ศ. 2561 สทท. จะยุติการออกอากาศโทรทัศน์ภาคพื้นดินในระบบอนาล็อกจากกสถานีส่ง 12 สถานีทั่วประเทศที่เหลือ (โดยเลื่อนแผนออกไปจากเดิมที่ก่อนหน้านี้มีแผนกำหนดว่าจะให้ยุติการออกอากาศในวันที่ 31 ธันวาคม พ.ศ. 2560 ซึ่ง 37 สถานีได้ยุติระบบอนาล็อกตามแผนกำหนด)[7] ซึ่งเป็นไปตามที่ทางสถานีฯได้รับการอนุมัติจากคณะกรรมการกิจการกระจายเสียงและกิจการโทรทัศน์ สังกัดคณะกรรมการ กสทช. ว่าด้วยแผนการยุติการออกอากาศระบบอนาล็อกของสถานีเอง เมื่อเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2558 และจะเหลือแต่เพียงแค่การออกอากาศในระบบดิจิตอลภาพคมชัดสูง หมายเลข 2 เท่านั้น ในวันถัดไป (ก่อนหน้านั้น เอ็นบีทีได้ยุติการออกอากาศโทรทัศน์ภาคพื้นดินในระบบอนาล็อกในพื้นที่ อ.เกาะสมุย จ.สุราษฎร์ธานี เมื่อวันที่ 31 ธันวาคม 2559)[8]

สทท.ได้ยุติการออกอากาศโทรทัศน์ภาคพื้นดินในระบบอนาล็อกจากกสถานีส่ง 12 สถานีทั่วประเทศโดยสมบูรณ์ เมือวันที่ 16 กรกฎาคม 2561 เวลา 00:01 น.