La Biblioteca dell'Osservatorio nacque come raccolta privata di libri quando padre Giovanni Battista Beccaria, l'autore del Gradus Taurinensis, nel 1759 sistemò gli strumenti usati nelle sue operazioni astronomico-geodetiche in una torre posta all'inizio di Via Po a Torino.

Gli strumenti da lui utilizzati costituirono il nucleo della Specola che fu costruita sul Palazzo dell'Accademia delle Scienze nel 1790 ed in seguito trasferita su Palazzo Madama nel 1822 sotto la direzione di Giovanni Plana, quando un Regio Decreto di Vittorio Emanuele II la trasformò in Regio Osservatorio Astronomico.

La biblioteca traslocò anch'essa su Palazzo Madama a seguito del trasferimento degli strumenti della Specola, e vi rimase fino al 1912 quando l'Osservatorio Astronomico, allora diretto da padre Giovanni Boccardi, si spostò nella sua attuale sede di Pino Torinese.

La Biblioteca è dotata di un patrimonio librario di circa 15.000 volumi. Fra i volumi più antichi di particolare pregio sono: 

- Introductorium astronomicum theorias corporum coelestium duobus libris complectes di Jacques Lefèvre (1517) 

- Uranometria omnium asterismorum continens schemata, nova methodo delineata, aereis laminis expressa di Johann Bayer (ed. 1661) 

- Gradus Taurinensis di Giovanni Battista Beccaria (1774)

La Biblioteca conserva anche collane di antichi volumi degni di nota, fra le quali si ricordano:

Opere di Galileo Galilei

- edizione del 1728, 3 volumi

- edizione del 1842-1856, 15 v.

- edizione nazionale S.M. Re d'Italia del 1890-1909, 20 v.

Opere di Friedrich Wilhelm Bessel

- edizione del 1841-42, 2 v.

- edizione del 1876, 3 v.

Opere di Carl Friedrich Gauss, edizione del 1879-1874, 7 v.

Opere di Constantijn Huygens, edizione del 1888-1891, 4 v.

Opere di G. Keplero,  edizione del 1858-1871, 8 v.

Opere di Jean Louis Lagrange, edizione del 1867-1882, 14 v.

Opere di Pierre Simon Laplace, edizione del 1878-1904, 13 v.

Opere di Giovanni Schiaparelli, ed. della Specola di Brera del 1929-1943, 11 v.

La Biblioteca dispone di un totale di oltre 500 periodici, tra acquisiti e donati, un centinaio dei quali sono correnti in abbonamento.

Fra i periodici "storici", disponibili dai primi numeri che risalgono alla metà dell'800, si possono ricordare:

Astronomische Nachrichten

The Astrophysical Journal

The Astronomical Journal