W roku 1816 wraz z otwarciem Uniwersytetu Warszawskiego, została założona biblioteka. Początkowo funkcjonowała jako biblioteka uniwersytecka, jednak zaledwie dwa lata po otwarciu przeobrażona została w bibliotekę publiczną, której pierwszym dyrektorem został wybitny polski leksykograf i językoznawca – Samuel Bogumił Linde. Początkowo zasoby biblioteki znajdowały się na drugim piętrze Pałacu Kazimierzowskiego, dzisiejszego Rektoratu Uniwersytetu Warszawskiego. W roku 1831 zbiory biblioteczne oszacowano na 134 tysiące woluminów. Po upadku powstania listopadowego znaczna część zbiorów została wywieziona do Petersburga, a z pozostałej kolekcji utworzono w roku 1834 Bibliotekę Rządową. Nowa biblioteka uzyskała prawo otrzymywania egzemplarza obowiązkowego, a w latach czterdziestych XIX wieku przyznano jej także dotację na zakup pozycji zagranicznych.

W roku 1862 w budynkach zamkniętego po upadku powstania listopadowego uniwersytetu, otwarto Szkołę Główną Warszawską, której częścią stały się zbiory Biblioteki Rządowej. Do czasu likwidacji Szkoły Głównej na skutek represji po powstaniu styczniowym, biblioteka zgromadziła ponad 260 tysięcy woluminów. Kilka lat później bogate zbiory stały się częścią nowo utworzonego Cesarskiego Uniwersytetu Warszawskiego. W ciągu niespełna dziesięciu lat pomieszczenia dawnego Pałacu Kazimierzowskiego okazały się być niewystarczające na potrzeby wciąż powiększającej się liczby woluminów. Władze uczelni podjęły decyzję o budowie gmachu przeznaczonego na bibliotekę. Nowy budynek zaprojektowany przez Stefana Szyllera i Antoniego Jabłońskiego-Jasieńczyka stanął w sercu kampusu uniwersyteckiego w 1894 roku. Wnętrze budynku zostało podzielone na dwie części. Frontowa, trzykondygnacyjna część mieściła katalogi, czytelnię i pracownie biblioteczne. W drugiej części znajdowało się siedmiokondygnacyjne żelazne rusztowanie przeznaczone na magazyn książek. Obszerne pomieszczenie magazynowe nakryto szklanym dachem rozpiętym na żelaznej konstrukcji.

W przededniu wybuchu I wojny światowej, zbiory biblioteki Cesarskiego Uniwersytetu Warszawskiego liczyły około 610 tysięcy woluminów. Rok później, wraz z wycofywaniem się wojsk rosyjskich z Warszawy, znaczną część najcenniejszych zbiorów wywieziono do Rostowa nad Donem. W 1921 roku na mocy traktatu ryskiego, część zasobów została rewindykowana. Po odzyskaniu przez Polskę niepodległości, liczba woluminów zaczęła gwałtownie wzrastać. Biblioteka otrzymywała egzemplarz obowiązkowy z trzech województw, napływały również do niej liczne dary z całego świata. Już na początku lat dwudziestych XX wieku, pomieszczenia wzniesionej zaledwie dwadzieścia lat wcześniej biblioteki, zaczęły być za ciasne dla rozrastających się zasobów. W roku 1939 liczba woluminów sięgnęła miliona.

W czasie okupacji niemieckiej, biblioteka uniwersytecka została włączona wraz z Biblioteką Narodową i Biblioteką Ordynacji Krasińskich do Staatsbibliothek Warschau. Pomimo zakazu władz niemieckich, zbiory były udostępniane uczestnikom tajnego nauczania. Podczas powstania warszawskiego część zbiorów spłonęła, jednak większość udało się uratować dzięki zamurowaniu ich w gmachu biblioteki.

Po zakończeniu wojny, już w roku 1945, rozpoczęto prace nad porządkowaniem zasobów biblioteki oraz rewindykacją zbiorów, dzięki której do Warszawy powróciło w kolejnych latach ponad 350 tysięcy woluminów. W tym samym roku rozpoczęła swoją działalność Czytelnia Główna. W latach powojennych władze PRL ograniczyły wydatki na naukę, wobec czego zasoby biblioteki powiększały się znacznie wolniej niż w dwudziestoleciu międzywojennym. Mimo tego, gmach biblioteczny szybko okazał się za mały na pomieszczenie bogatych zasobów. Do końca lat osiemdziesiątych władze PRL pozostawały jednak głuche na petycje w sprawie rozbudowy budynku biblioteki Uniwersytetu Warszawskiego. Część cennego księgozbioru była przechowywana w fatalnych warunkach – w piwnicach, na strychach i podłogach.

Na początku lat dziewięćdziesiątych XX wieku, temat nowych pomieszczeń dla uniwersyteckiej biblioteki powrócił. Z uwagi na zabytkowy charakter kampusu centralnego Uniwersytetu Warszawskiego, o rozbudowie starej biblioteki nie mogło być jednak mowy. Rozpoczęły się poszukiwania nowej siedziby dla liczącego sobie ponad półtora miliona egzemplarzy księgozbioru. Początkowo wybór padł na budynek dawnego Komitetu Centralnego przy Nowym Świecie, ekspertyzy wykazały jednak, iż budynek nie nadaje się do magazynowania tak ogromnej liczby woluminów. Gmach przekazano Giełdzie Papierów Wartościowych.

W Warszawie nie znaleziono odpowiedniego budynku na siedzibę uniwersyteckiej biblioteki. Wkrótce jednak zauważono idealną lokalizację na budowę nowego, większego gmachu - niemalże u stóp kampusu centralnego Uniwersytetu Warszawskiego, na terenie pomiędzy ulicami Wybrzeże Kościuszkowskie, Lipową, Dobrą i Karową. W 1993 roku rozpisano przetarg, w którym zwyciężył nowatorski projekt Marka Budzyńskiego i Zbigniewa Badowskiego. Projekt zakładał wkomponowanie w nowe założenie architektoniczne dwóch istniejących na terenie budynków, ponadto nowy gmach miał zostać podzielony na dwie strefy – naukową, od strony Wisły i dochodową od strony miasta, oddzielone od siebie pasażem nakrytym szklanym dachem. Budowę nowej Biblioteki Uniwersytetu Warszawskiego rozpoczęto w 1996 roku. 11 czerwca 1999 roku gmach poświęcił Jan Paweł II, kilka miesięcy później budynek został otwarty dla czytelników. Budowa najnowocześniejszej biblioteki w Polsce pochłonęła 80 milionów dolarów.

Gmach posiada cztery kondygnacje naziemne oraz dwie podziemne i wypełnia całą działkę w ramach linii rozgraniczających zabudowę. Struktura budynku wynika z założeń urbanistycznych ograniczających jego wysokość. Na najniższej kondygnacji znajdują się parkingi i pomieszczenia techniczne, powyżej, 5 metrów pod ziemią jest kondygnacja przeznaczona dla rozrastających się magazynów bibliotecznych, która w tej chwili zajmowana jest przez lokale usługowe i centrum rodzinnej rozrywki. Parter obniżony o 80 centymetrów w stosunku do poziomu terenu, został podzielony na dwie części tworzące harmonijne połączenie funkcji naukowej z dochodową. Wszystkie kondygnacje zostały połączone siedmioma trzonami, które zawierają instalacje sanitarne, elektryczne, sanitariaty, windy oraz klatki schodowe.

Autorzy projektu zadbali o kompozycję architektoniczną współgrającą z kulturą, której częścią jest fasada od strony ulicy Dobrej, a także z naturą, z którą powiązane są trzy fasady „Ekologiczne” oraz dach. Fasada „Kulturowa” stanowi symbol nierozerwalnego związku współczesnej cywilizacji z przeszłością i przypomina źródła polskiej kultury za pomocą ośmiu tablic, na których umieszczono kolejno od strony północnej:

1. początkowy fragment pierwodruku Etiudy b-moll op. 4 nr 3 Karola Szymanowskiego,
2. funkcję normalnego rozkładu prawdopodobieństwa, rozwinięcie dziesiętne liczby pi, ciąg dokładny grup homologii dla pary przestrzeni typologicznych, fragment łańcucha nukleotydowego kwasu nukleinowego oraz równanie Maxwella,
3. fragmenty hinduskich dzieł Rygweda, Mundaka Upaniszada oraz Bhagavadita w sanskrycie,
4. Fragment księgi Ezechiela w języku hebrajskim,
5. Fragment Księgi Zwierząt Al-Dżahiza w języku arabskim,
6. Fragment dzieła „Fajdros” Platona w języku greckim,
7. Fragment „Powieści minionych lat” w języku staroruskim,
8. Fragment „Wykładów cnoty” Jana Kochanowskiego.

Na dachu Biblioteki Uniwersytetu Warszawskiego, 12 czerwca 2002 roku otwarto ogród o powierzchni 1 hektara, zaprojektowany przez Irenę Bajerską. Sztuczna rzeka, zwana Cichą Rzeczką oraz schody, dzielą ogród na dwie części – górną o powierzchni 2000m² i dolną mierzącą 15000m². Dolna część ma charakter rekreacyjny, znajdują się tam głównie tereny wypoczynkowe otoczone niską zielenią i kilkoma drzewami dającymi cień. Umieszczono tam również dwie rzeźby z cyklu Szkic sytuacyjny autorstwa Ryszarda Stryjeckiego. Górny ogród składa się z pięciu obszarów, których nazwy – srebrny, złoty, karminowy, błękitny, zielony - nawiązują do koloru nasadzonych na każdym z nich roślin. Aleje spacerowe przeprowadzono wśród poszczególnych części ogrodu, wśród zielonych żywopłotów, przez aleję pergoli, po których wspinają się róże i przez mostki łączące kolejne obszary. Spacerując po górnym ogrodzie można ponadto zajrzeć do wnętrza biblioteki przez oszklone świetliki, w tym największy, zwany „wulkanem wiedzy”. Od strony Wybrzeża Kościuszkowskiego zaprojektowano ponadto taras widokowy, z którego rozciąga się malowniczy widok na Wisłę i panoramę wschodniej części Warszawy. Ogrody Biblioteki Uniwersytetu Warszawskiego są wyjątkowym miejscem na mapie stolicy, niezwykłym połączeniem współczesnej architektury użytkowej z przyrodą naturalnie rozrastającą się na dachu i spływającą kaskadami po specjalnych siatkach umieszczonych na fasadach. W sezonie wiosenno-letnim, gdy ogrody na dachu biblioteki są otwarte, codziennie odwiedzają to miejsce setki studentów, turystów i mieszkańców miasta. Malowniczy krajobraz rozciągający się z dachu, był także wielokrotnie tłem produkcji filmowych, ceremonii ślubnych i niezliczonych sesji zdjęciowych.

Gmach Biblioteki Uniwersytetu Warszawskiego wraz z rozciągającym się na jego dachu ogrodem stanowi jedno z najciekawszych założeń architektonicznych w Polsce. Postmodernistyczna biblioteka do dziś znajduje się w czołówce rankingów na najlepszy polski budynek po 1989 roku.