Формирование научной библиотеки началось с первых дней основания обсерватории. Архивные материалы свидетельствуют, что в середине 19 столетия на приобретение книг и периодических изданий выделялось больше половины годового бюджета обсерватории, а первый библиотечный каталог, который насчитывал 2600 наименований книг и брошюр и около 8000 единиц фонда, был составлен К. Кнорре в 1871 году перед выходом его в отставку. Достойным преемником К. Кнорре в вопросе организации библиотечного дела оказался второй директор обсерватории И.Кортацци, при котором фонд значительно пополнился ценной специальной литературой по астрономии того времени.

В начале двадцатого столетия при передаче обсерватории из Морского ведомства в Пулковскую обсерваторию библиотека в полном объеме была оставлена для дальнейшего пользования астрономами.

В фонде хранятся многолетние собрания журналов, среди которых «Astronomical Journal» (1950 -2006 г.г.), «The Observatory», «Publications of the Astronomical Society of the Pacific» , «Astronomische Nachrichten» (1823-1933 г.г.) и т. д. Представляют интерес такие издания, как Морской сборник (1854-1903гг), Записки адмиралтейского департамента (1828 — 1844 г.г.), Отчет Главного Гидрографического управления (1861 — 1885 г.г.), Новороссийский календарь (1841 — 1867 г.г.), Энциклопедический словарь (изд. Брокгауз и Эфрон, ХІХ век) и т. д. Среди печатных старинных изданий и рукописных документов можно выделить “Геометрию” Рене Декарта (1683г., Амстердам), стилизованное под старину издание “Новой астрономии” Иоганна Кеплера (1929г., Мюнхен-Берлин), юбилейное факсимильное издание манускрипта “О вращении небесных сфер” Николая Коперника (1972г., Лондон-Варшава-Краков). Собрания карт и атласов содержат Атлас Боде “Уранография» (1801г., Берлин), Атлас Черного моря Е.И. Манганари (1841г., гравировано в С.-Петербурге).

На сегодняшний день фонд библиотеки насчитывает около 70 тысяч печатных единиц. Справочно-поисковый аппарат библиотеки представляет собой систему каталогов и картотек, которые обеспечивают различные виды поиска, систематический и алфавитный каталоги, картотеки отечественных и иностранных периодических изданий. В настоящее время создается электронный каталог (image-каталог), который дает возможность поиска книг и других изданий с помощью ключевых слов. Кроме того, создается электронный каталог титульных листов фонда редких и старинных книг.