浙江图书馆前身为创建于1900年的杭州藏书楼，1903年杭州藏书楼扩充改建为浙江藏书楼，1909年浙江官书局并入，成立浙江图书馆。1911年，接收管理文澜阁及《四库全书》。1912年，孤山路馆舍白楼落成，为中国最早的公共图书馆专用建筑之一，次年向社会开放。1931年，大学路馆舍落成，1932年正式开放并定为总馆。1937年，抗日战争全面爆发，图书馆迁至南田镇（今温州文成），文澜阁《四库全书》迁至贵州地母洞等地。1945年年底迁回复馆，以孤山路馆舍为总馆。1951年，接收藏书家刘承幹捐赠的南浔嘉业堂藏书楼（今湖州南浔）及藏书。馆名几经变更，1953年确定馆名为“浙江图书馆”。1998年，曙光路馆区开放。2008年，增挂“浙江省古籍保护中心”牌子。2015年，成立首届理事会。2023年，之江馆区建成开放。
浙江图书馆现有之江、曙光路、大学路、孤山路、嘉业藏书楼五处馆舍，总建筑面积近14万平方米，其中嘉业藏书楼、孤山路与大学路三处馆舍均已列入全国重点文物保护单位名录。
浙江图书馆之江馆区于2023年8月29日正式面向读者开放。作为浙江文化新地标—之江文化中心的一员，浙江图书馆之江馆总投资6.6亿元，建筑面积8.5万平方米，有地下二层，地上六层，局部九层，一至五层为各类主题阅览室，有阅览坐席近3000个，负一层为多功能报告厅、临时展厅。作为浙江图书馆新时期的总馆，之江馆坚持“知识的入口，人民的大学”的定位，以用户服务为核心，有机融合数字图书馆、智能建筑及其他新型智能技术，是综合性、研究型、现代化的全省知识信息枢纽和区域图书馆网络中心。场馆内空间布局凸显开放融合、以人为本、绿色生态的设计理念，为读者提供集研究、学术、体验交流等功能于一体的“第三空间”。
截至2022年，馆藏实体文献827.65万册（件），电子图书451.79万册，自建和外购数字资源282TB。古籍精善本众多，除文澜阁《四库全书》外，还包括唐人写经、宋元明刻本、明清稿抄本、名家批校题跋本以及金石拓片等，古籍善本达15万册，有2881种编入《中国古籍善本书目》，356部入选《国家珍贵古籍名录》。馆藏浙江官书局及嘉业藏书楼所藏雕版20万余件。注重浙江省地方文献收藏，对浙江省方志、年鉴、地图、家谱、报刊杂志等均有完备收藏。
浙江图书馆是全国文化信息资源共享工程浙江省分中心、全国图书馆联合编目中心浙江省分中心，浙江省古籍保护中心，积极推进文化信息资源共建共享，跨地区、跨行业的书目资源共建共享和中华古籍保护计划。整合全省图书馆文献资源，开通“浙江省文献信息资源共建共享平台”，实现全省公共图书馆数字资源共享和纸质图书通借通还。推进浙江省省域借阅一体化建设，全面实现省域内免费开通信用借阅及点单式借书服务。参与和推动区域资源共建共享，实现长三角社保卡入馆借阅一卡通，牵头成立长三角公共图书馆信用服务联盟、有声阅读联盟，是长三角公共图书馆讲座联盟、展览联盟、智库联盟、标准化联盟成员。参与OCLC国际书目数据共享，开展国际馆际互借与文献传递。主办有综合性图书馆学情报学专业期刊《图书馆研究与工作》（ISSN2096-2363）。
