Rahvusarhiivi raamatukogu moodustavad ajalooarhiivi raamatukogu Tartus ja riigiarhiivi raamatukogu Tallinnas. Neist vanem asub ajalooarhiivis, see asutati aasta pärast Eesti Riigi Keskarhiivi loomist – 1922. aastal. Kogu aluseks sai Eestimaa Rüütelkonna raamatukogu 2661 nimetuse ja umbes 7500 köitega. Praeguseks on kogud kasvanud üle 200 000 arvestusüksuse, sisaldades raamatuid, perioodikat, kaardiväljaandeid, käsikirju, gravüüre ja muudki. Enne 1900. aastat ilmunud trükiseid on 60%, vanimad 16. sajandist (38 eksemplari), kõige vanem aga aastast 1537. Eesti- ja venekeelsete trükiste (30% ja 25%) kõrval on 45% muukeelset kirjandust, millest valdava osa moodustavad saksakeelsed väljaanded. Suur on ajalooalaste trükiste (kroonikad, kiriku-, haridus-, kultuuri-, kunsti- ja arhitektuuriajalugu, Balti provintside ajalugu), genealoogia ja heraldika ning teatmeteoste hulk. Eraldi osa moodustavad Tartu Ülikooli trükised (dissertatsioonid, õppeplaanid, põhi- ja eeskirjad, ülikooli ajalugu ja üliõpilasi puudutavad publikatsioonid). Väga väärtuslikud on raamatukogus säilitatavad ametkondlikud väljaanded, samuti juhutrükised, eriti 17. ja 18. sajandil Tallinna trükikodades trükitu, mille seas on rohkesti haruldusi. Ajalooarhiivi raamatukogus leiduvat saab kasutada J. Liivi tänava uurimissaalis Tartus.
Riigiarhiivi raamatukogu moodustati 1944. aastal arhiivi juurde loodud teatmekirjanduse osakonna baasil. Hiljem liideti koguga endise parteiarhiivi raamatukogu, kuhu 1993. aastal oli lisandunud ka KGB raamatukogu säilinud osa. Praegu on riigiarhiivi raamatukogus ca 90 000 säilitusühikut: raamatuid, perioodikat ja pisitrükiseid alates 19. sajandi lõpust ajaloo, arhiivinduse, õiguse, sõjanduse, statistika, majanduse jm alalt. Ka siin on väga palju ametkondlikke väljaandeid, mille hulgas leidub rohkesti rariteete. Riigiarhiivi raamatukogu trükiseid saab lugeda Madara tänava uurimissaalis Tallinnas.
Aastast 2001 on rahvusarhiivis kasutusel veebipõhine elektronkataloog URRAM. Uute raamatute kirjeldamise kõrval püütakse järk-järgult sisestada juba olemasolevaid trükiseid. Riigiarhiivi raamatukogus leiduv on peaaegu täielikult URRAMis kirjeldatud, ajalooarhiivil läheb täielike kirjete sisestamiseks veel veidi aega. Tartus on lisandunud uue suunana arhiivi kogudest leitud trükiste kajastamine URRAMis. Tänu sellele on päevavalgele tulnud mitmeid Eestis seni leidmata ja teadmata nimetusi trükiseid. Nii Tallinnas kui ka Tartus on olemas varasematel aastatel koostatud kaartkataloogid, mida enam ei täiendata.
Praegu kasvavad raamatuvarad väljaannete ostmise, vahetamise ja kinkimise teel. Püüame jälgida, et arhiivi kõik töövaldkonnad oleksid varustatud vajalike raamatute ja perioodikaga nii kodu- kui ka välismaalt. Ülejäänud kirjanduse soetamisel on riigiarhiivis eelistatumateks valdkondadeks Eestit ja Balti lähiajalugu (1917-1992) puudutav teaduslik ja ainekirjandus, ajalooarhiivi raamatukogu komplekteerib seevastu Eesti ja Balti riikide varasemat ajalugu käsitlevat teaduslikku kirjandust ning püüab hankida Eestis ilmuvaid ja kohalikku ajalugu (enne 1918. aastat) käsitlevaid väljaandeid.