1956年2月开始筹建，1958年10月1日正式成立，地址设在北京。主要任务是搜集、整理、保存国内外各类影片的拷贝、素材、文字、图片、音响资料，为中国电影的创作、生产、理论研究、教学等方面提供服务。1980年该馆被国际电影资料馆联合会（FIAF）接纳为正式会员。

1984年该馆与文化部文学艺术研究院（后更名为中国艺术研究院）电影研究所合并，成立了中国电影艺术研究中心。因此，它对外一直有两个名称：“中国电影资料馆”和“中国电影艺术研究中心”。其功能也由原来的电影资料的收集、保存，扩展为电影资料收藏和学术研究并行。既继续致力于对各个时期的中外影片及各类电影文图档案资料的收集、整理、保管和利用，又广泛开展对中外电影历史、现实、理论、美学和影片保存、修复技术的研究，并出版电影报刊和培养研究生。1985年开始招收电影历史及理论硕士学位研究生，2010年设立博士后科研工作站，2018年增列艺术硕士专业学位（MFA）。

该馆业务机构现有收集整理部、多媒体部、影视部、事业发展部、电影史学研究室、电影文化研究室、研究生部、职业教育部、技术部、《当代电影》杂志社、《电影》杂志社、《中国电影报》社以及北京电影资料库和西安电影资料库。该馆收藏有海量的中外影片、素材、电影海报、文图、录像资料，拥有各种不同规模和等级的电影放映厅，并设有电影文图资料室和现代化的录像、光盘视听室。该馆编辑和出版了《中国电影总目录》《中国艺术影片编目》和库存影片目录等工具书，形成了一套电影档案资料的整理、编目、研究和利用的管理制度。

该馆一直重视促进中外电影文化的传播与交流工作。20世纪80年代以来，先后在多个国家和地区举办中国电影回顾展，同时也在中国举办了英、意、法、美、日、德、西班牙等多个国家和地区的电影回顾展。与此同时，还举办了大量的电影专题影展、电影学术专场和各种学术研讨会。该馆隶属的小西天艺术影院和百子湾艺术影院对外营业，放映中外经典电影和艺术影片。2016年，该馆作为牵头单位，联合国内主要电影院线共同发起了全国艺术电影放映联盟。