La Biblioteca del MGSB es una de las más importantes de España de las dedicadas a la Paleontología. Está especializada en los invertebrados fósiles, pero también tiene una importante representación de títulos sobre vertebrados y plantas fósiles. La complementan obras de carácter geológico, geográfico y científico en general y un gran número de revistas y otras publicaciones periódicas especializadas.

En la actualidad alberga casi 17.000 títulos catalogados y unas 6.000 separatas, que pueden buscarse mediante un fichero ordenado por orden alfabético de autores y otro ordenado por materias. En los títulos catalogados se incluyen revistas y publicaciones periódicas. El fondo es propio o fruto de las donaciones y legados de distintas personas. Se conservan las bibliotecas de los Drs. Almera, Bataller, Vía, Calzada, Faura y Sans, Candel, etc. También dispone de una cartoteca con mapas topográficos y geológicos, principalmente regionales. Para la consulta de libros y publicaciones en general, se habilita una sala adjunta en la Biblioteca, con el mismo horario de mañanas que el Museo.