สืบเนื่องจากองค์การความร่วมมือระหว่างประเทศแห่งญี่ปุ่น หรือ ไจกา (Japan International Cooperation Agency; JICA) ให้การสนับสนุนงบประมาณและอุปกรณ์ต่างๆ สำหรับถ่ายทอดวิทยุกระจายเสียง และถ่ายทำรายการโทรทัศน์ภายในห้องถ่ายทำ (Studio) แก่มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช (มสธ.) เพื่อให้ มสธ. นำไปใช้ก่อตั้ง ศูนย์ผลิตรายการวิทยุและโทรทัศน์ (Educational Broadcasting Production Center; EBPC) ระหว่างปี พ.ศ. 2525 - 2527 ทว่าในขณะนั้น ประเทศไทยไม่มีสถานีโทรทัศน์เพื่อการศึกษาเพื่อรองรับเนื้อหาที่ผลิตขึ้นจากศูนย์ผลิตรายการดังกล่าว ในวันที่ 15 มกราคม พ.ศ. 2528 คณะรัฐมนตรีจึงลงมติให้กรมประชาสัมพันธ์ จัดทำโครงการสถานีวิทยุโทรทัศน์แห่งชาติ เพื่อทำหน้าที่เป็นสถานีโทรทัศน์เพื่อการศึกษา เผยแพร่ข้อมูลข่าวสารของราชการสู่ประชาชน และเพื่อประโยชน์สาธารณะ รวมไปถึงการเสริมสร้างความเข้าใจอันดี ระหว่างรัฐบาลกับประชาชน ตลอดจนเป็นสถานีโทรทัศน์แม่ข่ายให้แก่สถานีโทรทัศน์ส่วนภูมิภาคในเครือกรมประชาสัมพันธ์ทั่วประเทศ

จากนั้นกรมประชาสัมพันธ์ได้ย้ายเครื่องส่งโทรทัศน์สีจากสถานีส่งที่อำเภอเด่นชัย จังหวัดแพร่ มาใช้แพร่ภาพชั่วคราว ด้วยระบบวีเอชเอฟความถี่สูง ทางช่องสัญญาณที่ 11 (Band 3, VHF CH-11) จากอาคารศูนย์ระบบโทรทัศน์ของกรมประชาสัมพันธ์ ริมถนนเพชรบุรีตัดใหม่ จัดตั้งขึ้นเป็นสถานีวิทยุโทรทัศน์แห่งประเทศไทย และเริ่มต้นทดลองออกอากาศเป็นครั้งแรก ประมาณต้นเดือนตุลาคม พ.ศ. 2528[2] ก่อนจะแพร่ภาพเป็นประจำทุกวัน ระหว่างเวลา 16:30-21:00 น. ตั้งแต่วันที่ 1 มกราคม พ.ศ. 2529 แต่ด้วยข้อจำกัดทางงบประมาณของกรมประชาสัมพันธ์ รวมทั้งเครื่องส่งโทรทัศน์มีกำลังส่งต่ำ เป็นผลให้ดำเนินการแพร่ภาพออกอากาศได้ไม่สะดวก ศาสตราจารย์ ยามาซากิ, ศาสตราจารย์ ดร.ชัยยงค์ พรหมวงศ์ และ รองศาสตราจารย์ ดร.นิคม ทาแดง ผู้ร่วมดำเนินการก่อตั้ง ศูนย์ผลิตรายการวิทยุและโทรทัศน์ มสธ. จึงร่วมกันจัดทำร่างโครงการขอความช่วยเหลือจากรัฐบาลญี่ปุ่น 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

ต่อมาในวันที่ 11 กรกฎาคม พ.ศ. 2531 เวลา 10:00 นาฬิกา สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินทรงเปิด อาคารที่ทำการสถานีวิทยุโทรทัศน์แห่งประเทศไทย อย่างเป็นทางการ[3] จากนั้นเป็นต้นมาจึงกำหนดให้วันที่ 11 กรกฎาคมของทุกปี เป็นวันคล้ายวันสถาปนาสถานีวิทยุโทรทัศน์แห่งประเทศไทย ช่อง 11 กรมประชาสัมพันธ์ ต่อมาจึงเริ่มกลับมาออกอากาศรายการภาคเช้า ข่าวภาคค่ำ รายการเพื่อการศึกษา และรายการประเภทอื่น ไปยังสถานีเครือข่ายส่วนภูมิภาคตั้งแต่วันที่ 1 พฤศจิกายน พ.ศ. 2531 จนถึงปัจจุบัน

สถานีวิทยุโทรทัศน์แห่งประเทศไทย ช่อง 11 กรมประชาสัมพันธ์ ในฐานะที่เป็นสถานีโทรทัศน์แห่งชาติ ดำเนินการเผยแพร่ข้อมูลข่าวสารของราชการ และนำเสนอรายการที่เป็นสาระความรู้ โดยเฉพาะด้านการศึกษา, ศิลปวัฒนธรรม และประเพณี มาโดยตลอด ซึ่งรูปแบบการดำเนินงานนั้น สทท.11 ในส่วนกลางที่กรุงเทพมหานคร จะดำเนินการถ่ายทอดรายการเป็นส่วนมาก และบางช่วงเวลาจะให้สถานีวิทยุโทรทัศน์แห่งประเทศไทยในส่วนภูมิภาค ดำเนินการถ่ายทอดรายการของตนเฉพาะท้องถิ่นไป แล้วแต่ช่วงเวลานั้น ๆ อย่างไรก็ดี ในช่วงระยะแรก สทท.11 มักถูกมองข้ามจากผู้ชมส่วนใหญ่ เนื่องด้วยความเป็นสถานีโทรทัศน์ของรัฐบาล ซึ่งไม่มีรายการที่สามารถดึงดูดผู้ชมได้ โดยเฉพาะรายการประเภทบันเทิง เช่นละครโทรทัศน์หรือเกมโชว์ และประกอบกับเป็นสถานีโทรทัศน์ที่ไม่สามารถหารายได้ด้วยการโฆษณา จึงทำให้ประเภทรายการที่ออกอากาศทาง สทท.11 มีอยู่อย่างจำกัด ส่งผลให้มีผู้ติดตามรับชมจำนวนไม่มากนัก

อย่างไรก็ดี ในปี พ.ศ. 2539 สทท.11 มีข้อเสนอให้หน่วยงานต่าง ๆ โดยเฉพาะภาครัฐ สามารถแสดงภาพสัญลักษณ์หรือเครื่องหมายการค้าบนหน้าจอโทรทัศน์ได้ นอกจากนั้นก็ยังต่อยอดจากข้อเสนอข้างต้น ด้วยการผลิตภาพยนตร์โฆษณาของสถานีฯ เพื่อออกอากาศด้วยตนเอง ซึ่งดำเนินมาจนกระทั่งมีการตราพระราชบัญญัติการประกอบกิจการกระจายเสียงและกิจการโทรทัศน์ พ.ศ. 2551 ซึ่งตามกฎหมายดังกล่าวมีการกำหนดไม่ให้กรมประชาสัมพันธ์หารายได้จากการโฆษณาเชิงพาณิชย์[4] แต่ สทท.11 ยังคงมีโฆษณาเชิงพาณิชย์อย่างต่อเนื่องจนกระทั่งเมื่อสำนักงาน กสทช. แจ้งเตือนให้ สทท. ห้ามมีการโฆษณาเชิงพาณิชย์ในรายการในช่วงปี 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 จากสมชาย วงศ์สวัสดิ์ เป็นอภิสิทธิ์ เวชชาชีวะ รัฐบาลขณะนั้นมีนโยบายปฏิรูปสถานีโทรทัศน์แห่งประเทศไทย โดยจัดประกวดตราสัญลักษณ์ใหม่ ซึ่งกำหนดแนวคิดตราสัญลักษณ์ ให้สื่อถึงความเป็นโทรทัศน์แห่งชาติ มีความทันสมัยผสมผสานกับความเป็นไทย และเริ่มใช้ในวันที่ 1 เมษายน พ.ศ. 2552 ซึ่งเป็นวันครบรอบ 1 ปี การใช้ชื่อเอ็นบีที โดยสาทิตย์ วงศ์หนองเตย รัฐมนตรีประจำสำนักนายกรัฐมนตรีขณะนั้น เป็นผู้เปิดตราสัญลักษณ์ใหม่ และเปิดตัวสถานีฯ ในฐานะสถานีโทรทัศน์แห่งชาติ จากนั้นจึงมีการเลิกสัญญาบริษัทผลิตข่าว ซึ่งเดิมเป็นของ บริษัท ดิจิทัลมีเดียโฮลดิ้ง จำกัด มาประมูลใหม่ ซึ่งหน่วยงานที่ได้รับการคัดเลือก จากการประกวดราคานี้ได้แก่บริษัท โพสต์พับลิชชิง จำกัด (มหาชน) เจ้าของหนังสือพิมพ์บางกอกโพสต์ กระทั่งต่อมาเอ็นบีทีก็ได้เรียกเวลารายการข่าวคืนมาผลิตเองทั้งหมด

ในยุคที่ เอ็นบีที ก้าวสู่การแพร่ภาพโทรทัศน์ภาคพื้นดินระบบดิจิทัล เมื่อวันที่ 11 กรกฎาคม พ.ศ. 2557 สถานีได้เปลี่ยนอักษรย่อที่กำกับด้านล่าง จากอักษรไทยเป็นอักษรอังกฤษ และทดลองออกอากาศผ่านโครงข่ายกรมประชาสัมพันธ์ทางช่องหมายเลข 2 โดยระยะแรกออกอากาศในอัตราส่วน 4:3 โดยมีแถบสีม่วงอยู่ที่บริเวณด้านซ้ายและขวาของหน้าจอ แต่ต่อมาได้ปรับอัตราส่วนจอเป็น 16:9 แต่ในปีเดียวกัน กรมประชาสัมพันธ์ ประสบปัญหาโครงข่ายโทรทัศน์ดิจิทัลที่ล่าช้า ประกอบกับการจัดซื้อจัดจ้าง ประกวดราคา ประมูลโครงข่าย และขั้นตอนการจัดระเบียบทางราชการ นำไปสู่การเลื่อนเปิดใช้โครงข่ายทีวีดิจิทัลออกไป จนกระทั่งเมื่อวันที่ 1 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2559 กรมประชาสัมพันธ์ ได้เปิดใช้โครงข่ายทีวีระบบดิจิทัล ตั้งแต่ที่ กรุงเทพมหานคร และจังหวัดอื่นๆ ทยอยเปิดใช้โครงข่ายในอนาคต ระนาบเดียวกัน มีการปรับรูปแบบรายการข่าวใหม่ด้วยรูปแบบห้องส่งใหม่ที่มีคุณภาพเทียบเท่าช่องโทรทัศน์บริการธุรกิจ เช่น ฉากกำแพงวิดีทัศน์ (Video Wall) ขนาดใหญ่ โดยใช้ฉากหลังเป็นภาพสถานที่ท่องเที่ยวสำคัญ ๆ ในประเทศไทย หรือ ฉากที่มีข้อความรณรงค์ต่าง ๆ และกลางปี พ.ศ. 2559 มีการปรับรูปแบบรายการข่าวใหม่โดยใช้ชื่อรายการข่าวแนวเดียวกับช่องโทรทัศน์บริการธุรกิจทั่วไป ส่วนกราฟิกเปิดรายการข่าวยังคงเดิม เพียงแต่มีการปรับสีเล็กน้อย รวมถึง เอ็นบีที.ได้นำเทคโนโลยี VTag QRCode ซึ่งจะนำคิวอาร์โค้ดซึ่งเชื่อมโยงสื่อสังคมออนไลน์ของ สทท. โดยนำมาแสดงที่บริเวณมุมจอล่างขวาถัดจากสัญลักษณ์ของสถานีฯ บนหน้าจอ (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 ยกเว้นบางรายการ เช่น ข่าวในพระราชสำนัก การถ่ายทอดสดพระราชพิธี รวมถึงรายการภาคบังคับจากคณะรักษาความสงบแห่งชาติ ยังคงแสดงเต็มหน้าจอ