I ett brev till statsministern säger gruppen av 27 välgörenhetsorganisationer - inklusive Oxfam och Amnesty International - att Storbritannien bör ta en "proportionell" andel flyktingar.
De lovordar åtagandet att vidarebosätta 20.000 syriska flyktingar under fem år, men säger att mer behöver göras.
En talesman för regeringen sade att Storbritannien har en "lång och stolt historia av att erbjuda fristad" till dem som verkligen behöver det.
I brevet, som samordnas av det brittiska flyktingrådet, uppmanas David Cameron att visa en "ny beslutsamhet" att ta itu med krisen, där nästan 4.000 människor drunknade förra året och hundratusentals fler utsätts för fara och svårigheter medan de flyr från våldet.
Gruppen, som också omfattar Internationella räddningskommittén, Liberty and ActionAid, skrev: "Förra årets tillkännagivande om att Storbritannien kommer att vidarebosätta 20.000 syriska flyktingar under fem år var ett välkommet första steg, men med tanke på antalet människor som söker säkerhet över hela världen är detta svar uppenbart otillräckligt: det är för långsamt, för lågt och för smalt.
"Förenade kungariket kan och bör göra mycket mer för att se till att flyktingar inte tvingas ta livshotande resor eller tvingas i smugglarens händer."
De stöder de principer som 350 tidigare domare och advokater fastställde i oktober, bland annat att ta en rättvis andel flyktingar och upprätta säkra och lagliga vägar till Förenade kungariket för dem som söker skydd.
Flyktingrådets verkställande direktör Maurice Wren sade: " Det finns inga enkla svar på en humanitär kris av denna omfattning.
"Men lösningen får inte vara att under ännu ett år oförskämt titta på medan desperata människor drunknar eller tvingas uthärda en marsch av elände över hela kontinenten när de försöker hitta en fristad eller återförenas med sina nära och kära.
"I år måste premiärministern öppna sitt hjärta och visa sann statsmanskap genom att välkomna långt fler flyktingar till Storbritannien, så att de kan resa hit på ett säkert och lagligt sätt för att leva fria från våld, tyranni och förtryck."
Regeringens talesman sade: " Förenade kungariket har en lång och stolt historia av att erbjuda en fristad åt dem som verkligen behöver vårt skydd, där varje asylansökan bedöms utifrån dess individuella meriter.
"De hemska bilder vi har sett under det senaste året har rört oss alla och stärkt vår beslutsamhet att hjälpa till att förhindra att fler människor drabbas av ett sådant öde.
"Det är därför vi vidarebosätter människor direkt från de länder som gränsar till Syrien, dit så många flyktingar har flytt, och vi har redan nått vårt mål att välkomna 1000 av de mest sårbara före jul."
Han sade att regeringen också tillhandahåller "livsbesparande stöd till de mest behövande", både i och runt Syrien och i Europa, och att det finns ett samarbete med andra länder för att "säkra system som på ett korrekt sätt tar itu med ogrundade asylansökningar".
David Camerons svar på flyktingkrisen är "tydligt otillräckligt", hävdar ledande bistånds- och flyktingbyråer.