同濟大學創建于1907年，隨后相繼設立藏書樓、閱覽室、圖書室等。1934年正式建立同濟大學圖書館。經過多次的搬遷與重建，至1990年建成現在的四平路校區圖書館（擴建后面積22225平方米）。1996年上海城市建設學院與上海建筑材料工業學院并入同濟大學，2000年與上海鐵道大學合并，2006年嘉定校區圖書館建成（面積34620平方米），2016年德文圖書館成立（面積2853平方米），同濟大學博物館劃歸至圖書館管理（4430平方米）。2018年建立嘉定遠程書庫?，F在的圖書館由四平路校區圖書館、嘉定校區圖書館、滬北校區圖書館、德文圖書館、同濟大學博物館組成，總面積68135平方米，各校區間使用統一的集成管理系統并實行通借通還，2004年實行一門式管理，2018年實現智能化自助借還書服務。
同濟大學圖書館擁有豐富的館藏資源，紙本圖書和期刊合訂本超過440萬冊，電子圖書及學位論文約1055萬種，紙質中外文現刊800多種，全文電子期刊6萬余種。除此之外，圖書館還訂購了各種知名的大型綜合性數據庫、各類權威的專業學會出版物全文數據庫。同濟大學圖書館堅持“讀者第一，服務至上”辦館宗旨，開展文獻流通閱覽、電子閱覽、國內外館際互借、參考咨詢、信息素養教研、科技查新、學科服務、情報分析與研究、知識產權信息服務等，并開展多元文化活動，全方位服務全校師生，為教學和科研服務，同時為兄弟院校和社會提供文獻信息服務。
同濟大學圖書館是國際圖書館協會聯合會（IFLA）的團體會員、中國高等教育文獻保障系統（CALIS）成員館、上海地區文獻資源共享協作網成員館，上海外文圖書聯合目錄平臺首批成員館，是教育部批準的首批“科技項目咨詢與成果查新中心工作站”。1993年被上海市教委評為A級圖書館。2004年同濟大學圖書館加入上海市中心圖書館。2018年成立同濟大學知識產權信息服務中心，成為首批國家高校知識產權信息服務中心。
同濟大學圖書館設有機構：館藏研究與規劃部、資源建設與管理部、讀者服務部（四平路校區）、讀者服務部（嘉定校區）、讀者服務部（滬北校區）、信息素養教研部、咨詢服務部、情報分析與研究部、學科與知識產權服務部、平臺與數據服務部、宣傳推廣部、特藏部、德文圖書館、同濟大學博物館、系統管理部、辦公室。
