Det Kongelige Bibliotek er tegnet af Hans J. Holm og indviet i 1906. Biblioteket er udbygget i flere etaper, senest med Den Sorte Diamant fra 1999 af Schmidt Hammer Lassen Architects K/S. Det Kgl. Biblioteks Have er anlagt i 1920 af havearkitekt Jens Peder Andersen og slotsarkitekt Thorvald Jørgensen.
Det Kgl. Bibliotek har siden 2005 gennemgået en række sammenlægninger og fungerer i dag som Danmarks nationalbibliotek. Pligtafleveringsloven af 1697 medfører, at alt trykt materiale i landet findes her. Det er overbibliotek for landets folkebiblioteker med én afdeling i Aarhus og én på Slotsholmen i København, og det er universitetsbibliotek for Aarhus Universitet, IT-Universitetet, Københavns Universitet og Roskilde Universitet. Universitetsbiblioteket har rødder tilbage til 1482, hvor vicekansler Peder Albertsen skænkede en samling bøger og håndskrifter til det nyoprettede Københavns Universitet. Universitetsbibliotekets gotisk inspirerede støbejerns- og murstensbygning i Fiolstræde blev indviet i 1861, men ophørte med at fungere som bibliotek i 2009 efter at være blevet lagt sammen med Det Kgl. Bibliotek i 2005.
Det Kgl. Bibliotek er grundlagt af Frederik 3. i ca. 1650. Ind mod Københavns Slot opførtes under Frederik 3. Kunstkammerbygningen, der nederst rummede kanoner, men i de øvre stokværk rummede kunstkammeret og begyndelsen til Det Kgl. Bibliotek.
I 1906 stod en ny biblioteksbygning til Det Kgl. Bibliotek færdig på Slotsholmen med publikumsfunktioner og bogmagasiner. I 1999 indviede biblioteket den nye tilbygning, kaldet Den Sorte Diamant, og gik fra en til fem læsesale og fra 100 til 534 læse- og studiepladser.
Det Administrative Bibliotek (DAB), der blev oprettet i 1924, er centraladministrationens bibliotek og videncenter. Det er primært serviceinstitution for medarbejdere i ministerier, departementer og styrelser. Biblioteket lå i mange år på Slotsholmen 12, men blev flyttet til Den Sorte Diamant i forbindelse med sammenlægningen med Det Kgl. Bibliotek i 2017.
I 2020 blev Rigsarkivets læsesal flyttet til Den Sorte Diamant, hvor den drives fælles med Det Kgl. Bibliotek.
Slotsholmens orlogshavn lå hvor Det Kongelige Biblioteks Have nu ligger. Havnen blev endeligt kastet til i årene 1863‑64, og 1915‑20 blev der etableret en park (i dag: Det Kongelige Biblioteks Have), hvor historiske elementer fra havnens tid blev genbrugt. Fortøjningsringe fra sejlskibstiden er således indsat i muren flere steder, men ikke på deres oprindelige plads.
