Su sede principal es la del antiguo Hospital, pero tiene otro edificio en la ciudad de Barcelona (con algunos servicios técnicos y almacenes) y un almacén en Hospitalet de Llobregat.
En 1923 se constituye la sección de Estampas, Grabados y Mapas, que reúne el material gráfico.
Acabada la Guerra Civil, en 1940, la institución, ahora bautizada por el régimen franquista como Biblioteca Central, se traslada a la sede cedida por el ayuntamiento en 1931, donde aún se encuentra.
La Biblioteca reformó en 1998 las naves góticas de su sede y amplió sus espacios, gracias a la construcción del nuevo edificio de servicios.
Recientemente (2000), ha iniciado la digitalización de sus fondos y ha liderado el proyecto PADICAT desde 2005.