La biblioteca del Museo deriva per buona parte dalla donazione Brandolini, che conteneva repertori bibliografici specialistici correlati alla collezione ornitologica. La collezione libraria è stata poi accresciuta con donazioni e di pari passo con l’incremento delle raccolte museali, arrivando a contare numerose opere specializzate nelle varie branche delle scienze naturali e numerose riviste italiane e straniere del settore.
Nella biblioteca, di circa duemila volumi, sono presenti cinquecentine, come l’Historiae naturalis di Plinio o il Libro del modo di conoscere di Federico Giorni e libri sulla caccia decorati da splendide incisioni. Nella raccolta si trovano alcune fra le prime opere a stampa di argomento ornitologico: l’Histoire de la nature des oyseau, l’Uccelliera di Olina stampato a Roma nel 1622. Sono presenti anche Giornali di caccia manoscritti, ovvero resoconti ottocenteschi di imprese venatorie, ma anche più recenti dello stesso Brandolini.
Grande spazio è dato alle opere di studiosi locali, come i libri di Giuseppe e Francesco Ginanni, che evidenziano il grande fervore per gli studiosi delle scienze naturali nel ‘700 illuminista. Inoltre una sezione è dedicata anche ai periodici a tema naturalistico e venatorio.
La sezione moderna è consultabile nella sede di Sant’Alberto, mentre la sezione antica è conservata nella Biblioteca Classense.