前身為京師大學堂藏書樓。1898年 7月清政府建立京師大學堂時，因圖書很少，未設專門管理機構。1900年八國聯軍侵佔北京，校舍被占，圖書被毀，1902年1月複校，10月設藏書樓。1912年京師大學堂改名北京大學，藏書樓改稱圖書部。1930年改稱圖書館。藏書樓初建時，調撥瞭江蘇、浙江、湖北、廣東、江西和湖南諸省官書局所印行的圖書，收入瞭藏書傢方功惠碧琳瑯館藏書，加上採購和受贈的一些圖書，構成最早的館藏。著名學者、中國共產黨創始人之一李大釗於1918年至19221年任圖書部主任。他銳意改革，主張各類圖書兼容，中外文化並存，推行外國圖書館的先進經驗，提倡開架閱覽，認為圖書館員也應是“助教”。在他的影響下，北京大學圖書部從舊式的藏書樓轉變為新式的圖書館，館藏結構有瞭很大變化，迅速成為薈萃古今中外文化典籍之所。與此同時，毛澤東也曾擔任過北京大學圖書部助理員。1937年 7月日本全面侵華，北平淪陷，北京大學南遷，圖書館藏書未及撤出。1938年，北京大學、清華大學與南開大學在雲南昆明共同組建西南聯合大學，建立瞭西南聯合大學圖書館。1946年北京大學在北平復校，圖書館收回原有藏書。1952年，燕京大學與北京大學合並，燕京大學圖書館全部藏書並入該館，此後，館藏量大增，質量不斷提高。文化大革命期間館藏完好無損。
至1990年初，館藏逾410萬冊，收藏范圍包括人文科學、社會科學、自然科學、技術科學、文學、藝術等各個學科、專業領域，有中、英、俄、日等20多個文種。中文圖書260多萬冊，其中古籍約160萬冊，有稿本、善本約1.7萬種，16萬冊，內含敦煌文獻212種，以及不少孤本。藏書樓初建時入藏的方功惠碧琳瑯館藏書、1937年入藏的馬廉不登大雅之堂藏書、1946年入藏的李盛鐸木犀軒藏書等大多具有重要價值。館藏中國地方志7000餘種。外文圖書約100萬冊，其中有許多珍本。如有1533年版的歐幾裡得《幾何原本》以及17、18世紀的著名文獻。館藏報刊超過2.4萬種、約50萬冊(合訂本)，其中有維新派刊物《時務報》全套、《新青年》全套、在法國巴黎出版的旅歐中國少年共產黨油印機關刊物《少年》、1871年法國巴黎公社出版的政治刊物《杜歇老爹報》全套、第三國際的機關刊物《共產國際》、英國出版的著名自然科學刊物《自然》(1869年創刊)全套。還有縮微膠卷約12萬米，縮微平片約2萬張以及一批錄音帶、錄像帶和磁帶、磁盤、光盤等多種載體的文獻資料。館藏以每年10多萬冊的速度增長，每年訂購報刊7000種左右。與世界上50多個國傢和地區的 500多個圖書館及其他學術機構有書刊交換關系。
總館館舍面積2.45萬平方米。閱覽室21個，閱覽座位近1500個。校內大多數系(研究所)還設有圖書室或資料室。年借書量超過120萬冊次，另有50多萬冊圖書開架閱覽。還為讀者提供包括國際聯機檢索在內的情報服務。該館與國內許多圖書館有館際互借關系。
到1990年底有工作人員300多人，其中研究館員4人，副研究館員、副教授32人。全國高等學校圖書情報工作委員會秘書處曾設於該館。
該館的電子計算機管理系統已部分投入使用。為北京地區部分圖書館研制的“西文圖書聯合目錄”計算機系統已研制完成。該館還開展縮微復制工作。(見彩圖)
北京大學圖書館