Bygningerne
Biblioteket, der siden 1996 er en selvstændig statsinstitution, var oprindelig en del af Det kgl. Danske Kunstakademi. Biblioteket fik ved Kunstakademiets grundlæggelse i 1754 lokaler på Charlottenborg Slot, som siden da har været Kunstakademiets gamle hovedadresse.
I 1883 flyttede Biblioteket ind i den ene sidefløj i Charlottenborg Udstillingsbygning, og har her gradvist udvidet, så det nu fylder mere end halvdelen af underetagen. I år 2000 til 2011 vendte Biblioteket tilbage til selve Charlottenborg, idet Samlingen af Arkitekturtegninger og Kunsthistorisk Billedarkiv blev huset i slottets sydfløj, mens alle egentlige biblioteksfunktioner fortsat er henlagt til Udstillingsbygningen. Fra 2011 er man flyttet ud igen (se afsnit: Studiesal og sikringsmagasin i Søborg).
Charlottenborg
Charlottenborg er et hovedmonument i den ældre danske barok. Slottet opstod som en del af enevældens stort anlagte udvidelse af residensstaden omkring Kongens Nytorv og Nyhavn. Bygherren var Christian Vs halvbror, Ulrik Frederik Gyldenløve. Det store, oprindeligt trefløjede anlæg blev opført 1672-1677. I slottets midterakse, på torvet ret foran dets facade, er enevoldskongens rytterstatue det samlende midtpunkt.
Slotsgården åbnede sig oprindelig mod den store have, der strakte sig ned langs hele Nyhavn. I 1683 lukkedes anlægget med en lavere, fjerde fløj i to étager. I den centrale, overhvælvede pavillon er kuppelsalen med dens pragtfulde stukloft et velbevaret eksempel på et tidligt dansk barokinteriør.
Sydfløjens såkaldt ”Italienske Trappe” er det tidligst bevarede danske eksempel på et monumentalt, indre trapperum.
Charlottenborg Udstillingsbygning
Charlottenborg Udstillingsbygning er opført i 1883 af de to historicistiske arkitekter Albert Jensen og Ferdinand Meldahl. Bygningen placeredes i den tidligere Botaniske Have umiddelbart bag Charlottenborg. Den er lagt i slottets midterakse, fra hvis oprindeligt lukkede gårdrum der i loggiaen under kuppelsalen åbnedes en loggia med frit udblik frem mod Udstillingsbygningens hovedportal.
I den ene sidefløj indrettedes en typisk 1800-tals bibliotekssal, som vist er den eneste i Danmark, der fortsat benyttes af den institution, til hvilken den blev bygget. I Udstillingsbygningens øvrige grundetage blev Akademiets afstøbningssamling opstillet. Fra omkring 1904 blev grundetagen udparcelleret til forskellige formål. Den renæssanceinspirerede udstillingshal med det flerfarvede flisegulv og det karakteristiske, dobbeltstillede triumfbuemotiv blev herved opsplittet, buerne muret til og lyset lukket ude. Ved en ombygning i 2004 blev centralhallen ført tilbage til sin smukke, oprindelige skikkelse.
Væggene har igen fået deres oprindelige okker-farver, gulvet er blevet restaureret og lyset strømmer nu igen ind gennem de genåbnede bueslag. Den reetablerede centralhal fungerer nu som Bibliotekets udlån, lounge, arbejdspladser og nærmagasin; og herfra er der nu igen direkte adgang til den gamle læsesal (se billede), som ikke er blevet berørt af ombygningen, men som ved en nænsom ommøblering er ført tilbage til en mere oprindelig skikkelse.
Lokalerne udlånes ikke til filmoptagelser og lignende aktiviteter.
Studiesal og sikringsmagasin i Søborg
I sommeren 2010 overtager biblioteket lokaler på Transformervej 21B i Søborg, hvor der indrettes et stort sikringsmagasin.
I 2011 er Studiesal - flyttet til nye lokaler i Søborg, Transformervej 21 B, som er åbent tre gange om ugen. Da Studiesalen ligger i umiddelbar forbindelse med bibliotekets sikringsmagasin, er fremtagning af materiale ikke længere så stort et problem, som det var tidligere.
I 2014 udvides igen med et ekstra sikringsmagasin og registreringskontorer.
Hele komplekset dækker 1.500 m2.
