Ion C. Brătianu a fost primul președinte al PNL, până la moartea sa în 1891, urmat de Dumitru Brătianu (1891 — 1892), Dimitrie Sturdza (1892 — 1908), Ion I. C. Brătianu (1908 — 1927), Vintilă Brătianu (1927 — 1930), Ion G. Duca (1930 — 1933), care a fost asasinat de legionari, și Constantin I. C. Brătianu (1933 — 1950), care a fost întemnițat de comuniști la penitenciarul Sighet, unde a și murit. De numele și istoria Partidului Național Liberal se leagă cele mai importante evenimente din istoria modernă a României: instaurarea monarhiei constituționale (1866), obținerea independenței de stat (1877), ridicarea României la rang de regat (1881), Războiul de întregire a neamului și crearea României Mari (1918), adoptarea Constituției din 1923, și relansarea economică după criza din 1929-1933. În toată această perioadă, liberalismul a devenit fundamentul ideologic pe care s-a construit România modernă.
Perioada interbelică a fost prolifică pentru România, liberalii fiind cei care au promovat reforma agrară, organizarea administrativă unitară, o nouă legislație electorală și măsuri de refacere a economiei. Liberalii s-au aflat la putere în perioada 1922-1928 (cu o mică întrerupere între martie 1926 și iunie 1927) și, apoi, în intervalul 1933-1937. Activitatea PNL a fost suspendată între 1938 și 1944, când a fost reluată doar pentru o scurtă etapă.
Instaurarea regimului comunist și proclamarea Republicii, la 30 decembrie 1947, a dus la întreruperea activității politice a PNL. O mare parte a fruntașilor săi au fost închiși, murind în închisorile comuniste, în vreme ce alții au fost forțați să ia calea exilului.
La sfârșitul lui 1989, un comitet format din 12 vechi membri ai Partidului Național Liberal, printre care Dan Amedeo Lăzărescu, Nicolae Enescu, I.V.Săndulescu, precum și Radu Câmpeanu, a reluat activitatea formațiunii politice, fapt consfințit prin decizia nr. 4 a Tribunalului București din 15 ianuarie 1990.
Primul președinte al PNL de după 1989, Radu Câmpeanu, a fost ales în această funcție la 31 martie 1990, la prima Conferință Națională a PNL. Mircea Ionescu Quintus a devenit președintele PNL la 28 februarie 1993. Principalul obiectiv afirmat de acesta a fost realizarea unificării tuturor formațiunilor liberale, desprinse din PNL în perioada 1990-1993. La Congresul din 17-18 februarie 2001, Mircea Ionescu Quintus a fost înlocuit de prim-vicepreședintele Valeriu Stoica, seniorul PNL devenind președinte de onoare al partidului. A fost înlocuit la șefia PNL în august 2002 de către Theodor Stolojan. În 2006 a părăsit PNL și a devenit membru fondator al Partidului Liberal Democrat.
Theodor Stolojan a fost ales președintele PNL, la Congresul din 24-25 august 2002. Obiectivul său era ca PNL să devină ''alternativa de dreapta credibilă la stânga social-democrată''. Întregul său mandat a fost legat de proiectul Alianței Dreptate și Adevăr (Alianța D.A.), al cărei artizan a fost în septembrie 2003.
Crin Antonescu a fost ales președinte al PNL, la Congresul din 20-21 martie 2009. La alegerile prezidențiale din 22 noiembrie 2009, s-a clasat pe locul al treilea, cu un scor de 20,02%. La 5 februarie 2011, Crin Antonescu a devenit co-președinte al Uniunii Social Liberale, alături de liderul PSD Victor Ponta, alianță politică pe care președintele PNL a denunțat-o la 25 februarie 2014.
Klaus Iohannis, președintele României, a fost ales președintele acestei formațiuni la 28 iunie 2014, în cadrul Congresului ordinar al PNL. Mandatul său s-a încheiat la 18 decembrie 2014, când și-a dat demisia din toate funcțiile deținute în partid, în vederea preluării mandatului de președinte al României.
La 26 iulie 2014, a avut loc Congresul de fuziune între PNL și PDL, denumirea noul partid fiind PNL. La 18 decembrie 2014, Alina Gorghiu a fost aleasă de Biroul Politic Național președinte al vechiului PNL, ea exercitând și funcția de copreședinte al noului PNL, alături de Vasile Blaga, până în 2017, când va fi organizat un congres de alegere a conducerii partidului, potrivit agerpres.ro.
