尼古拉斯五世(在位1447-1455)被公認為梵蒂岡圖書館的創始人。在他“方便學者”的思想指導下，梵蒂岡圖書館誕生於1451，藏書160冊。1475年，西克斯圖斯四世(在位時間為1471-1484)賦予圖書館以生命，找到了藏書的地方，建立了藏書室，任命巴塞洛繆·白金為首任圖書管理員。在文藝復興的鼎盛時期，圖書館發展迅速。
1481年，白金手寫目錄的數量已經達到了3500種，當時的收藏內容不受宗教觀點的限制。
改革開始於1517，反改革時期為1570-1610。圖書館深受禁書之苦，圖書的使用也受到限制。1623年，新教堡壘海德堡的藏品精華，作為戰利品成為梵蒂岡圖書館藏品的壹部分。
17世紀中期，圖書館再次迎來了對自由的學術追求，大量采用新的手稿和書籍，特別是購買了遠道而來的各種名著。
1657年，收藏於烏爾比諾公爵的圖書管理員富爾維奧·奧爾西諾的私人圖書館；1690年，瑞典的克裏斯蒂娜女王將她的書贈送給了教皇圖書館。也有壹些教皇占據了他們的家庭(如奧托巴尼(1748)、貝佳斯(1891)、巴爾貝裏尼(1902)、吉吉(1923)、羅斯皮格裏奧西(1929-650)。
1785年，克萊門特十三世嚴格限制手稿的使用，這引起了西班牙神父胡安·安德烈亞斯的批評，認為教皇把圖書館變成了書籍的墓地。
1883年，利奧十三世(在位1878-1903)宣布圖書館向合格的研究人員開放。他還建立了歐洲第壹個圖書館維修部，開設了參考閱覽室。1927—1939國會圖書館和卡納基基金會以國際和平的名義幫助梵蒂岡圖書館更新其目錄系統。教皇庇護十壹世(1922-1939)和約翰·保羅二世(1978-)做了進壹步的改進。
1984年，手稿搬進了有空調的地下室，新樓和所有藏品都采用了新的技術手段。