桃源县图书馆始建于1958年，由湖南省人民委员会批准，于1959年正式成立。初期设阅览室2处，藏书量较小，主要为报纸与期刊。历经多次调整与扩建，图书馆规模与藏书量显著增长。

1964年，图书馆与县文化馆合并。1979年，县委决定新建图书馆馆舍，1980年新馆破土动工，1981年正式落成。新馆总投资96000元，建筑面积达734平方米。馆内设有阅览室、书库、采编室与办公室等，藏书重新按《中图法》分类，并按《中文图书著录规则》编目排卡，图书馆管理步入正轨。

自十一届三中全会后，桃源县图书馆发展迅速。人员由2个增加到16个，年经费由7000余元增加到8.5万元，藏书量从1308册增加到9.7万余册。服务窗口从2处增加到7处，包括图书借阅室、现刊借阅室、信息参考室、地方文献查阅室、少儿借阅室与读者自筹书屋。为了实现图书馆自动化管理，1997年在原有电脑及打印机基础上，又购买了服务器与终端设备。

基层图书馆作为图书馆事业的重要组成部分，桃源县基层图书馆发展较快。近三年来，县财政拨款逐年增加，基本设施得到更新，藏书量逐年增长，报刊订购量也逐年增加。读者服务方面，接待人数与借阅量逐年增多，组织丰富多彩的读者活动吸引读者。

在业务辅导方面，桃源县图书馆做了大量工作，基层图书馆数量增长迅速。从70年代的几个增加到80年代的50余个，到1998年已发展到169个，其中学校、街道、乡镇、厂矿、机关、村级等均有图书馆。

桃源县图书馆“共享工程”于2006年开始起步，2007年元月电子阅览室落成开放，2008年全国文化信息资源共享工程县级支中心建成并开始正常运行。总投入近100万元，建成了中心机房、多媒体演示厅与图书馆业务工作加工室，添置了办公一体化现代设施设备。图书馆文献自动化管理工作也已开始起步，计划在2024年开通自动化管理与服务系统，实现图书馆自动化、数字化与网络化。