中国国家图书馆是国家总书库，国家书目中心，国家古籍保护中心，国家典籍博物馆。履行国内外图书文献收藏和保护的职责，指导协调全国文献保护工作；为中央和国家领导机关、社会各界及公众提供文献信息和参考咨询服务；开展图书馆学理论与图书馆事业发展研究，指导全国图书馆业务工作；对外履行有关文化交流职能，参加国际图联及相关国际组织，开展与国内外图书馆的交流与合作。
国家图书馆由位于文津街的古籍馆和位于白石桥的总馆南区、总馆北区构成，形成三位一体的馆舍布局。古籍馆主要提供普通古籍、外文善本、地方志家谱文献服务和临时主题展览服务；总馆南区提供外文文献、中外文专藏文献的专业性服务和国家典籍博物馆展陈服务；总馆北区提供以中文普通文献借阅、电子文献、音视频资源服务和少年儿童服务为主的大众服务。
据2018年10月该图书馆官网信息显示，中国国家图书馆馆藏文献3768.62万册，其中古籍文献近200万册；数字资源总量超过1000TB。馆藏继承了南宋以来历代皇家藏书以及明清以来众多名家私藏，最早的馆藏可远溯到3000多年前的殷墟甲骨。珍品特藏包含敦煌遗书、西域文献、善本古籍、金石拓片、古代舆图、少数民族文字古籍、名家手稿等280余万册件。“敦煌遗书”、“赵城金藏”、《永乐大典》、文津阁《四库全书》被誉为中国国家图书馆“四大专藏”。
总馆南区（含国家典籍博物馆）：周二至周日9:00-17:00，周一闭馆。
（注：科技查新中心/科学技术咨询室、社会科学咨询室周二至周五开馆时间开放。）
总馆北区：周二至周日9:00-17:00，周一闭馆。
少年儿童馆：周二至周日9:00-17:00，周一闭馆。
古籍馆：周二至周六9:00-17:00，周一、周日闭馆。
1、获取预约码：微信、电话2种方式
微信预约(周一至周日：9：00~21：00)
电话预约(周一至周日：9:00~16:00)
实名预约，完成预约后，收到预约信息及预约码。
2、取消预约
进入“国家图书馆服务号”，点击“读者服务——预约入馆——我的预约”，选择需要取消的预约项，在预约详情页内点击“取消预约”；或者电话取消预约。
1、本馆开架借阅区面向年满13周岁读者开放，13至15周岁读者入内须凭国家图书馆读者卡，其他读者凭国家图书馆读者卡或第二代居民身份证入内。
2、本馆闭架借阅区面向年满16周岁并持有国家图书馆读者卡的读者开放。
3、少年儿童馆接待15周岁及以下少年儿童。学龄前儿童须有监护人陪同，陪同监护人凭有效证件入内。
4、请妥善保管随身物品，大尺码箱包（大于18.4cm×13cm）及其他与借阅无关的物品须凭有效读者卡或身份证免费寄存至存包处。
5、请勿携带个人书、刊、报进入阅览区自习。
6、请勿在馆区内从事与国家图书馆所提供服务无关的活动。
7、请勿携带食品、液体物品入馆。
8、禁止在馆区内吸烟和使用明火,入馆须按规定接受安检，禁止携带易燃、易爆、有毒等危险品。
9、请注意仪表着装，衣冠整洁得体，言谈举止文明。
10、请遵守公共秩序和国家图书馆相关管理规定，服从工作人员管理，自觉维护参观秩序和良好的阅读环境。
清宣统元年七月二十五日（1909年9月9日），清政府批准军机大臣、学部尚书张之洞的奏请，筹建京师图书馆（国家图书馆前身），调内阁大库、翰林院、国子监南学书，以及文津阁《四库全书》、敦煌劫余遗书作为基本馆藏。京师图书馆成立后，缪荃荪首任监督。
1916年，教育部饬京师图书馆，凡在内务部立案的出版图书均交京师图书馆庋藏，国家图书馆职能开始体现。
1928年，南京国民政府成立；同年7月，国立京师图书馆更名为国立北平图书馆，隶属大学院。为解决经费问题，经南京国民政府教育部与中华教育文化基金董事会（简称“中基会”）谈判并签定协议。
1929年8月，国立北平图书馆与中基会属下的北海图书馆合并，合并后馆名仍为国立北平图书馆，直接接受南京政府教育部和中基会合组的国立北平图书馆委员会领导。中海居仁堂为一馆，北海庆霄楼为二馆。
1931年，在文津街建成了新馆舍。
抗日战争期间，该馆部分馆藏和馆员南迁，并陆续在上海、香港、昆明、重庆等地建立了办事处。抗日战争胜利后，该馆驻各地办事处及藏书，除存美国国会图书馆的善本书和自南京运台北的18箱内阁大库舆图外，陆续运回北平。在此时期内，该馆多次遇到严重的经济困难。
中华人民共和国成立后，1949年9月27日更名为国立北京图书馆，归属文化部领导。
1951年6月，更名为北京图书馆。
1958年6月，改属北京市领导。
1960年11月，重归文化部领导。
1975年3月，共和国第一任总理周恩来提议并批准兴建北京图书馆新馆。
1998年12月，经国务院批准，北京图书馆更名为国家图书馆，对外称中国国家图书馆。
1999年4月16日，江泽民主席为中国国家图书馆题写馆名。
中国国家图书馆的自动化工作起步于70年代中期。1989年大型计算机综合管理系统启动，进行图书馆自动化应用系统的开发与实践。
从1995年开始，按照数字化、网络化建设的思路，制定了《国家图书馆网络建设发展规划（1997-2000）》，集中力量，在网络建设、软件开发、数据加工等方面开展攻关。
1999年2月，在中国国内图书馆界率先采用先进的千兆位以太网络技术，开通了拥有3000个信息节点的馆域网，将各个应用子系统连接起来。在互联网建设方面，开通了国际互联网中国国家图书馆站点；分别与国务院办公厅、清华大学、北京大学等实现了100M速率的专线联接；与中国计算机公用网、中国教育科研网、中国科技网及北京有线电视网、国家广播电影电视总局全国有线电视网、网通等实现了高速互联，使国家图书馆初步建成网上信息资源的中心枢纽。
2001年11月，经国务院批准，“国家图书馆二期工程暨国家数字图书馆工程”正式立项，作为国家信息产业基础建设的重要内容，已列入国家“十五”计划，国家经费总投入为12.35亿元，开始付诸实施。
2002年起，中国国家图书馆还承担了二项国家重点文化工程：“中华再造善本工程”、“送书下乡工程”。
2003年10月28日，中国国家图书馆ALEPH500计算机综合管理系统已全面投入运行。
2018年11月，中国国家图书馆总馆南区（原北京图书馆）入选第三批中国20世纪建筑遗产项目。
2019年11月，发起成立“守望汉字”联盟。
《中国图书馆学报》创刊于1957年，是由中华人民共和国文化和旅游部主管、中国国家图书馆和中国图书馆学会主办的国家级图书情报学专业期刊。《中国图书馆学报》被定为国家级核心期刊、中国期刊方阵期刊，并获国家期刊奖之百种重点期刊奖，连续被评为全国优秀图书馆学期刊。被国际上许多著名的检索期刊如《乌利希国际期刊指南》、《图书馆文献》和《最新连续出版物题录》等收录。
《国家图书馆学刊》是由文化部主管、中国国家图书馆主办，中国国内外公开发行的图书情报专业学术刊物，主要面向中国国内外图书馆、大专院校及科研单位的广大图书情报专业工作者。
2016年《文献》期刊共出版6期，刊发各类稿件107篇。开设“国家社科基金重大项目文献研究成果”专栏。
