Venne istituita nel 1764 con le Costituzioni per la riforma dell'Università e collocata, per volere del re Carlo Emanuele III di Savoia, nell'edificio eretto sopra il Bastione del Balice, progettato dall'ingegnere militare Saverio Belgrano di Famolasco, e che doveva ospitare l'Università, il Teatro ed il Seminario Tridentino. Alla Biblioteca fu riservato un apposito salone di conservazione e di lettura chiamato 'Sala Grande', oggi 'Sala Settecentesca', arredato con una elegante scaffalatura laccata e dorata. La Biblioteca venne aperta al pubblico nel 1792 e negli anni acquisì nuovi spazi tra cui la Cappella, con volta a botte e riccamente affrescata, oggi adibita a sala di conservazione e consultazione del materiale raro. Il suo nucleo originario era costituito dalla biblioteca privata del sovrano, da fondi appartenenti al soppresso Ordine dei Gesuiti e dalle copie delle opere che i docenti erano tenuti a fornire. Attualmente conserva più di 6000 manoscritti, 236 incunaboli e oltre 5000 cinquecentine.