Научно-методический отдел (НМО) как самостоятельная структура ГПБ был образован в 1968 г. на базе существовавшего в то время сектора библиотековедения в отделе библиотековедения и библиографии. Руководила научно-методическим отделом вплоть до 1976 г. к.п.н. Нина Александровна Ефимова. В последующие годы отдел возглавляли к.ф.н. Генриетта Николаевна Разумовская (1976-1986 гг.), к.ф.н. (впоследствии д.п.н.) Владимир Руфинович Фирсов (1986-1994 гг.), Ирина Николаевна Качковская (1994-2007 гг.), к.п.н. Сергей Александрович Басов (2007-2022 гг.). В 2023 г. заведующей отделом стала к.п.н. Ирина Александровна Трушина.
Структура нового отдела в 1968 г. состояла из следующих подразделений: сектор формирования и использования библиотечных фондов, группа «Пропаганды литературы и руководства чтением», группа «Организации библиотечного дела», группа «Организации, планирования и координации методической работы».
В последующие годы в соответствии с появлением новых направлений и планов работы отдела происходили и изменения в его структуре. Сектор формирования и использования библиотечных фондов (руководитель В. В. Шилов) в 2000 г. получил статус самостоятельного отдела. Группа «Организации, планирования и координации методической работы» (руководители группы в разные годы – М.Л. Кистьян, Е.К. Высоцкая, Н.А. Семенова) впоследствии влилась в группу «Организации библиотечного дела». Данным подразделением в разные годы руководили В.Н. Волкова, В.Н. Козлова, Л.В. Куликова, Е.К. Высоцкая, М.Б. Аврамова. C 2022 г. – к.п.н. И.В. Домбровская.
С 1962 по 1972 гг. в секторе библиотековедения отдела библиотековедения и библиографии, а затем НМО состояла группа библиотечной и библиографической работы с детьми. Руководство группой в разные годы осуществлялось И.Н. Тимофеевой, Л.А. Виролайнен. В 1972 г. группа библиотечной и библиографической работы с детьми прекратила свое существование в связи с образованием ГРДБ и передачей ей функции оказания методической помощи детским библиотекам республики.
Неоднократно изменялось название группы «Пропаганды литературы и руководства чтением читателей». С 1968 г. с момента организации НМО существовала группа «Пропаганды литературы и руководства чтением», затем она стала называться группой «Работа с читателями». До середины 1994 г. в отделе существовала самостоятельная группа «Социология чтения и библиотечного дела». Далее обе группы объединились, и группа получила название «Социология чтения, библиотечного дела и работы с читателями». Руководителями данного подразделения в разные годы были В.А. Желдубовская, Л.Н. Михеева, Д.К. Равинский, Е.Г. Муравьева. C 2004 г. группа официально получила статус «Центра чтения РНБ», директором которого стала Е.Г. Муравьева, с 2012 г. – В.В. Ялышева.
Наименование отдела сохранялось сорок лет вплоть до 2009 г. В 2009 г. два самостоятельных отдела – отдел научно-методической работы (НМО) и научно- исследовательской отдел библиотековедения (НИОБ) были объединены в единый отдел, который получил наименование научно-методического отдела библиотековедения (НМОБ). Возглавил отдел к.п.н. Сергей Александрович Басов.
В структуру НМОБ вошли Центр чтения, сектор библиотековедения (бывший НИОБ), сектор организации библиотечного дела и сектор обеспечения научно-исследовательской и научно-методической работы. В декабре 2011 г. сектор библиотековедения был выведен из состава отдела и вошел в структуру отдела межбиблиотечного взаимодействия (ОМВ).
В 2014 г. в состав НМОБ вошел сектор изучения библиотечных фондов. В 2016 г. Приказом генерального директора РНБ от 06.07.2016 №223 научно-методический отдел библиотековедения переименован в научно-методический отдел (НМО). В его состав вошли: сектор организации библиотечного дела, сектор изучения библиотечных фондов, Центр чтения. Были разработаны новые Положения об отделе и его структурных секторах, новые должностные инструкции на все должности.