國家安全局的前身是美國武裝力量安全局（Armed Forces Secruity Agency），隸屬於國防部，受命於參謀長聯席會議（Joint Cheifs of Staff），於1949年5月20日正式成立。理論上說，武裝力量安全局負責指揮軍方所屬的信號情報機構開展通信情報活動〔當時信號情報機構包括陸軍安全局（Army Security Agency）、海軍安全大隊（Naval Security Group）和空軍安全局（Air Force Security Service）〕。而在實際操作中，武裝力量安全局幾乎無任何權力，因為，其所有的功能和職責，根本不是按照情報機構所從事的活動而定義。
1952年10月24日，哈里·杜魯門總統簽發了一份8頁的絕密備忘錄（目前已解密），標題是「通信情報活動」，發至國務卿和國防部長；該備忘錄內容為撤銷武裝力量安全局，將其人員移交給依據《國家安全委員會第九號情報指令草案》（National Security cil Intelligence Directive No.9）當天新成立的國家安全局（該草案於當年12月正式通過）。
國家安全局1951年12月就已具雛形，一份由沃爾特·貝戴爾·史密斯（Walter Bedell Smith）呈遞給國家安全委員會執行秘書詹姆斯·雷（James B.Lay）的備忘錄中稱，「事實已證明，對通信情報活動的控制、協調、搜集和處理毫無成效」，並建議針對通信情報活動展開一次調研。調研報告6個月之內即完成，表明在國家層面上迫切需求極大程度的協調和指揮。正如安全局名稱更改所暗示的，國家安全局的作用就是要超越武裝力量的範疇；因此，國家安全局被認為是「國防部內部的非國防部部分」。
儘管國家安全局成立於1952年，其存在的事實從來就不是秘密，然而《美國政府機構手冊》（U.S.Gover anization Manual）在1957年以前，並沒有註明該機構為「國防部內部的某個獨立機構」「從事和發揮涉及國家安全的極端特定的技術活動和協調作用」。然而，國家安全局的存在至少在1954年初即已眾所周知，當時華盛頓特區的多家報紙刊登數篇文章，報道了該機構在馬里蘭州的喬治·米德堡的新總部施工的消息。1954年底，國家安全局再一次在媒體曝光，因為該局一名僱員被發現將機密文件帶回家。
國家安全局特許章程是國家安全委員會情報指令。目前的指令——「信號情報」，也就是國家安全委員會第六號情報指令，指令國家安全局「根據中央情報委員主任提出的目標、需求和優先事務」提供信號情報。此指令自1972年1月17日以後一直未更新。該指令還授權國家安全局局長「根據任務和指示需求，下令指揮所有涉及信號情報行動的任何部門」，並規定「局長在本段描述的許可權內所發出的一切指令必須執行，只能向國防部長上訴」。
國家安全委員會第六號情報指令，限定了信號情報搜集活動包括通信情報和電子情報。指令這樣陳述，「通信情報活動應被解讀為代表這些活動，即通過截獲和處理外國通信而產生的通信情報……截獲的過程包括範圍估評、發射裝置確定、信號分析、通信量分析、密碼分析、解碼、明碼研究以及匯總和結果報告。這裡定義的通信情報和通信情報活動不包括（1）截獲和處理非加密的文字通信、報紙和宣傳廣播，或（2）審查。」
國家安全局成立之時，並未獲得授權開展電子情報行動，這項任務仍屬於軍方情報機構的職責，國家安全局1958年才獲得這項授權。國家安全委員會第六號情報指令將電子情報定義為「出於情報目的，搜集和處理從外國的非常規通信渠道、非原子爆炸或放射源釋放出來的電磁輻射截獲的信息」。它是電子情報活動與技術的綜合產物。該機構自成立之初，就主要與攔截雷達系統發射密切相關。遙測情報——攔截和探測外國導彈試驗信號——最初屬於電子情報的一個分支部門，1971年成為獨立的情報部門。它隨後成為了信號情報所屬的新的第三個領域——外國儀器信號情報，包括遙測、導彈和衛星指令信號、無限發射台和計算機數據。
國家安全局的信號情報任務及局長職責在2010年國防部長的一份指令中明確描述——「國家安全職責與中央安全職責」。國家安全局的具體職責是：
●出於情報和反情報的目的需求，搜集（包括運用秘密途徑）、處理、分析、編寫和分送信號情報和數據，以支持國家和國防部的行動……
●依照任務需求、優先程度和時間標準，為國防部長指令布置的軍事行動提供信號情報支持；
●確定並實施有效的、統一的情報信號活動，包括行使國防部長指令的信號情報相關的職責；
●制定管理機密和非機密信號情報相關的章程、規則和標準……
●實施信號情報行動管控，為各部門和情報機構制定相關規章制度和程序，以便執行和遵守，正確、適當地開展信號情報活動。
計算機網路開發和利用，是傳統信號情報任務基礎上增加的一個附加任務（不論是遠程搜集，還是近距離的技術跟蹤），已被定義為「使行動和情報搜集能夠通過目標或敵方的自動化系統或網路獲得數據」。此類開發利用能夠用來獲得信息，以支持情報搜集活動，或作為計算機網路攻擊的前期準備。網路攻擊是1997年3月國防部長授權給國家安全局實施。
國家安全局另一個重要使命就是信息保障。此一概念最初作為通信安全為人所熟知，20世紀80年代成為信息安全。為發揮其信息保障作用，國家安全局制定、審查並授權諸多政府機構和部門的通信程序，包括國務院、國防部、中央情報局和聯邦調查局。這一職責還涵蓋衛星系統安全數據和語音傳輸鏈接，包括國防通信衛星。同樣，對於敏感的通信聯絡，聯邦調查局特工使用帶有特殊擾頗器的電話，需要每天從國家安全局獲得不同的密碼。國家安全局的信息保障職責，還包括確保戰略武器系統的通信安全，以預防未授權的侵入、干擾和阻塞。另外，國家安全局還負責制定特殊密碼，美國總統必須使用這些密碼確認自己身份，以授權使用核武器。作為信息保障職責的主要部分，國家安全局還負責保護國家安全資料庫和計算機，阻止未授權的任何個人或政府進入。
總部位於馬里蘭州喬治·米德堡的國家安全局擁有三座主體辦公大樓，大約有2萬至2.4萬名僱員在此工作。國家安全局2013年度預算需求為108億美元。這一數字沒有將用于軍事密碼編製的資金計算在內，因為這是軍方代表國家安全局實施竊聽行動，其行動人員沒有包括在國家安全局單位編製內。
國家安全局局長，除負責指導各項業務活動外，還負責監督指揮密碼服務部門（Service Cryptologic Elements）的信號情報活動，包括海軍艦隊網路司令部（Navy Fleet Cyber and）、海軍陸戰隊（Marine Corps）後勤支援大隊、陸軍情報與安全司令部（Army Intelligend Security and）的部門、空軍第25聯隊（25th Air Force）以及海岸警衛隊負責情報的副助理司令官（Coast Guard Deputy Assistant ander for Intelligence）。在執行這一職責時，國家安全局局長擔任中央安全局（tral Security Service）局長一職。國家安全局擔負中央安全職責，以及由國家安全局局長同時擔任中央安全局首腦一職，是1971年確定的，目的是「提供統一的，更經濟有效的組織架構，進行密碼研製和相關的行動（這些行動目前由軍事部門負責執行）」。但中央安全局沒有獨立的僱員。
如圖2.3所示，國家安全局有5個處（信號情報、信息保障、調研、技術和外國事務）和其他分支部門，然而其中兩個最根本的重要職能部門是信號情報處（Directorate of Signals Intelligence）和信息保障處（Directorate of Information Assurance）。信號情報處（原「行動處」），其組織架構如圖2.4所示，下轄三個處，高度概括了其三個重要使命：1.搜集信號情報（數據採集處，Directorate for Data Acquisition）；2.分析數據和撰寫情報報告（分析和報告處，Directorate for Analysis and Produ）；3.將報告送達國家安全局相關人員或政府其他部門（客戶關係處，Directorate for er Relationship