西安交通大學圖書館的前身為1896年創建于上海的南洋公學藏書樓。1919年10月建成圖書館大樓，命名為交通部上海工業專門學校圖書館。1921年更名為交通大學圖書館。1956年圖書館大部分工作人員及百分之九十二的藏書隨交通大學內遷西安。1957年9月，交通大學圖書館隨校分設西安、上海兩地。1959年9月，交通大學西安部分和上海部分獨立建校，圖書館相應定名為西安交通大學圖書館。
原西安交通大學圖書館由兩部分組成，北樓建于1961年7月，建筑面積為11200平方米，南樓1991年3月投入使用，建筑面積為18000平方米。1995年5月4日，經中共中央宣傳部批準，將原西安交大圖書館命名為錢學森圖書館，同年江澤民主席為之題寫了館名。
2000年4月，原西安交通大學與原西安醫科大學和原陜西財經學院合并組建成新西安交通大學，原三校圖書館隨之合并重組，規模進一步擴大，合校后的西安交大圖書館下設錢學森圖書館和醫學、財經兩個分館。2003年8月，醫學和財經分館搬入新建的西校區圖書科研樓，合并為西校區圖書館。西校區圖書館建筑面積10340平方米。至此，圖書館總建筑面積39540平方米，閱覽座位3518席。
截至2018年底，圖書館累計藏書近563萬冊（件），報刊10089種，現刊1500余種。形成了理、工、管、文相結合，以機械、能源、動力、電氣、電子、信息、材料、控制、與醫學、財經為重點的多學科藏書體系。近年來，圖書館將電子資源建設放在重要地位，引進國內外電子資源118個平臺近320個子庫，擁有中外文全文電子期刊8萬余種，電子圖書超過160萬種。圖書館還重視收藏反映世界先進科技水平的原版書刊，有15種百年以上歷史的世界著名期刊，從創刊號迄今連續收藏。同時還收藏有大量的科技報告、學位論文、會議文獻、技術標準、專利文獻和視聽、縮微資料等。
本館遵循資源共享的原則，廣泛為校內外讀者服務，除書刊的借閱、參考咨詢外，還提供科技查新、查收查引、課題檢索、館際互借、文獻傳遞、讀者培訓、專題講座、文印服務等多類型、多層次的服務。本館是圖書館學碩士學位授權點，還為本科生、研究生開設《信息檢索與利用》課程。
圖書館采用INNOPAC自動化集成系統。圖書館的管理、采訪、編目、流通、期刊、OPAC等有關業務都實現了自動化。圖書館自動化集成系統與校園網、CERNET和Internet連接。目前校內外用戶均可通過互聯網訪問圖書館。
圖書館重視國際學術交流，目前與5個國家和地區的16所大學及學術團體建立書刊資料交換關系。
中國高等教育文獻保障系統(CALIS)西北地區文獻信息中心和陜西省高校圖書情報工作委員會秘書處設在西安交通大學圖書館。圖書館還負責管理國家教育部設在我校、面向全國高校服務的外國教材中心和高等學校科技項目咨詢及成果查新工作站。（2019年4月4日更新）
