作为国家总书库，国家图书馆全面入藏中文图书，选择入藏外文图书。截至2020年底，国家图书馆馆藏中文普通图书1090万余册（件），采选多个复本，提供阅览、外借、基藏和保存等服务；馆藏外文图书440万余册（件），包括英语、法语、德语、日语、俄语以及其他小语种等多种语言图书，提供阅览和部分外借服务。通过数字资源门户及馆藏目录可查看具体某本图书是否被国家图书馆收藏及具体馆藏信息，提供网上预约、续借（外文图书尚未提供续借服务）等服务。
作为国家总书库，国家图书馆全面入藏中文期刊，选择入藏外文期刊。截至2020年底，国家图书馆馆藏中文期刊882万余册（件）；外文期刊716万余册（件）。通过数字资源门户及馆藏目录可查看具体某种期刊是否被本馆收藏及具体馆藏信息。
作为国家总书库，国家图书馆选择入藏中外文报纸。截至2020年底，馆藏中文报纸约20万合订册；外文报纸10万余合订册。通过数字资源门户及馆藏目录可查看具体某种报纸是否被国家图书馆收藏及具体馆藏信息。
国家图书馆自1984年起开始收集台港澳文献，是大陆地区台港澳文献的重要收藏地和提供地。台港澳文献有很多特色文献，如《故宫书画图录》《李敖大全集》和日据时期台湾研究资料等，很多都是我国大陆地区较难寻觅的珍贵清史研究资料。
查阅台港澳图书、期刊、报纸可到台港澳文献阅览室。
学位论文是国家图书馆特色专藏之一。国家图书馆学位论文收藏中心是国务院学位委员会指定的全国唯一负责全面收藏和整理我国学位论文的专门机构，也是人事部专家司确定的唯一负责全面入藏博士后研究报告的专门机构。自1981年我国实施学位制度以来的博士论文收全率达到98%。此外，还收藏部分院校的硕士学位论文、台湾博士学位论文和部分海外华人华侨学位论文。
国外博士论文的载体是缩微制品。自八十年代初开始入藏美国、加拿大、德国及其它国家的博士论文，其中1976年以后以华裔留学生在国外撰写的博士论文为主。
查阅中文学位论文可到学位论文阅览室；查阅国外学位论文可到缩微文献阅览室。
国家图书馆历来重视法律参考文献的典藏。自2009年9月始，本馆为到馆读者提供中文、西文、日文、俄文的法律图书与期刊等文献。此外，本馆还编辑制作了《国家图书馆法律文献服务导航手册》，导引读者更好的利用馆藏法律资源，每月定期选取馆藏法律新书向读者进行介绍、推荐，使法律工作者、学者以及法学专业院校的学生等能够更加高效的利用我馆法律文献资源进行学术研究。
查阅海外中国学文献可到海外中国问题研究资料中心。善本特藏国家图书馆善本特藏始于清末京师图书馆成立初期。现藏善本古籍34万余册（件），按传统的经、史、子、集分类。宋元刊本达1600余部，多为孤本和罕见本。其中南宋缉熙殿、元翰林国史院、明文渊阁、清内阁大库等历代皇家珍藏，以及社会名流、私人藏书家的捐赠，是善本特藏中的珍品，《永乐大典》《四库全书》《敦煌遗书》《赵城金藏》等代表藏品举世瞩目。1.6万余种善本现已拍摄成缩微胶卷，供读者检索使用。国家实施的“中华再造善本工程”选用本馆善本精品就达千余种，读者可从陆续问世的“再造善本”中领略本馆善本特藏精品的风韵。
特藏包括：金石拓片，年代上起殷商，下至当代，所藏甲骨文献为稀世珍宝；中外舆图，古今中外舆图精品纷呈，是集史料价值和艺术价值于一体的资料宝库；新善本，包括辛亥革命前后的进步书刊、马列经典著作的早期译本、中国共产党成立前后的重要文献、抗日根据地和解放区出版物等，藏品件件珍贵异常；少数民族古籍3.5万余册件（涵盖语种19种）。
查阅善本特藏文献可到善本特藏阅览室。
普通古籍藏书始于建馆之初，接受民国政府调拨的清内阁大库、翰林院和国子监南学中被称为“观览类”的旧藏图书。从版本上看，包括明中晚期、清代、民国间的刻本、活字本、石印本、影印本、抄本等，以清代和民国版本为主。其中不少是名人学者或著名藏书家用书，还有部分珍贵的名家批校题跋本。
查阅普通古籍文献可到普通古籍阅览室。
查阅敦煌吐鲁番文献可到敦煌吐鲁番资料阅览室。
中国少数民族语文文献是国家图书馆藏书体系的重要组成部分，其特色主要体现在文种数量丰富、文献价值多元、载体形式多样等方面。现藏有1949年之前刊行的少数民族文字古籍约3.5万册件（涵盖语种19种），1949年之后国内公开出版发行的少数民族语文图书（涵盖语种40余种）、期刊和报纸(涵盖语种10余种)。
查阅中国少数民族语文文献可到中国少数民族语文文献阅览室。
家谱是以记载一个血缘家族的世系与事迹为主要内容的史类文献，是中华民族的三大文献（国史，地志，族谱）之一，属珍贵的人文资料。国家图书馆1928年即向社会广泛征集家谱资料。现藏有诸多珍贵家谱文献，如清代戏剧家孔尚任所修《孔子世家谱》、曾为周作人收藏的《越城周氏支谱》等。
地方志与各类专志是记述某一区域自然、历史、政治、经济、人物、文化、科学、风俗、物产等内容的文献典籍，其门类齐全，内容丰富，可视为该地区的百科全书。其中馆藏旧方志(1949年以前编印)居海内外收藏之首，近百种明清孤本方志尤为珍贵。专志包含有专业志、部门志、专类志等几方面的内容，专业志反映的是某一专业或行业发展的历史；部门志反映的是某一部门或单位发展的历史；专类志则是以某事物作为研究、记录的对象。
查阅家谱、影印旧方志可到家谱旧方志阅览室；查阅新方志(1949年以后出版)可到年鉴新方志阅览室。
文史资料是由全国各级政协编撰的连续性出版物，主要收录各地人士亲历、亲见、亲闻的第一手史料，是独具特色、极为难得的近现代历史资料。目前收藏有全国各级政协编写的文史资料，涵盖了31个省、市、自治区。
查阅文史资料可到年鉴新方志阅览室。
年鉴具有权威性、历史性和实效性。国家图书馆收藏的类型包括全国综合性年鉴、地方性年鉴（含港澳台地区的部分年鉴）、统计年鉴、专业年鉴等。
查阅年鉴可到年鉴新方志阅览室。
查阅工具书可到总馆北区工具书区、综合阅览室、外文文献第一阅览室。
缩微文献是图书馆为了减少原件损坏，达到长期保存文献目的而提供的另一种文献载体。截至2020年底，本馆收藏缩微文献171万余卷/片，散布于缩微阅览室、部分专藏阅览室。除了馆藏文献缩微化外，还购买收藏了陈诚档案（1931-1934年江西苏维埃政权出版物）、美国政府出版物、日本政府出版物、各国政府解密资料、早期来华传教士文集、中美外交档案（清末）、高罗佩藏书、各国人物传记以及1895年前西方出版的有关中国的书籍等缩微资料。缩微文献中的外文资料最早可追溯到1498年，中文资料最早可追溯到1862年，是国内外学者研究学习的珍贵资料。
截至2020年底，国家图书馆数字资源总量已达2274.5TB，主要包括馆藏特色数字资源1,710.54TB（含征集资源162.53TB和交存报纸6.95TB）、外购数据库270.82TB、网络采集资源293.14TB。资源内容主要包括：电子图书2,150,132种；电子期刊54,804种；电子报纸3,430种；学位论文11,265,313篇；会议论文7,815,528篇；音频资料1,919,636首；视频资料198,965小时。国家图书馆通过馆域网、互联网、移动通信网等提供数字资源服务。