Формування наукової бібліотеки розпочалося з перших днів заснування обсерваторії. Архівні матеріали свідчать, що в середині 19 століття на придбання книг і періодичних видань виділялося більше половини річного бюджету обсерваторії, а перший бібліотечний каталог, який налічував 2600 найменувань книг і брошур та близько 8000 одиниць фонду, був складений К. Кнорре в 1871 році перед виходом його у відставку. Гідним наступником К. Кнорре в питанні організації бібліотечної справи виявився другий директор обсерваторії І. Кортацці, при якому фонд значно поповнився цінною спеціальною літературою з астрономії того часу.

На початку двадцятого сторіччя при передачі обсерваторії з Морського відомства в Пулковську обсерваторію бібліотека в повному обсязі була залишена для подальшого користування астрономами.

У фонді зберігаються багаторічні збірники журналів, серед яких «Astronomical Journal» (1950 -2006 р.р.), «The Observatory», «Publications of the Astronomical Society of the Pacific», «Astronomische Nachrichten» (1823-1933 р.р .) і т. д. Представляють інтерес такі видання, як Морський збірник (1854-1903гг), Записки адміралтейського департаменту (1828 - 1844 р.р.), Звіт Головного гідрографічного управління (1861 - 1885 р.р.), Новоросійський календар (1841 - 1867 р.р.), Енциклопедичний словник (вид. Брокгауз і Ефрон, ХІХ століття) і т. д. Серед друкованих старовинних видань і рукописних документів можна виділити "Геометрія" Рене Декарта (1683г., Амстердам), стилізоване під старовину видання "Нової астрономії" Йоганна Кеплера (1929 р., Мюнхен-Берлін), ювілейне факсимільне видання манускрипту "Про обертання небесних сфер" Миколи Коперника (1972р., Лондон-Варшава-Краків). Збори карт і атласів містять Атлас Боде "Уранографія» (1801г., Берлін), Атлас Чорного моря Є.І. Манганарі (1841г., гравіроване в С.-Петербурзі).

На сьогоднішній день фонд бібліотеки нараховує близько 70 тисяч друкованих одиниць. Довідково-пошуковий апарат бібліотеки являє собою систему каталогів і картотек, які забезпечують різні види пошуку, систематичний і алфавітний каталоги, картотеки вітчизняних та іноземних періодичних видань. В даний час створюється електронний каталог (image-каталог), який дає можливість пошуку книг та інших видань за допомогою ключових слів. Крім того, створюється електронний каталог титульних аркушів фонду рідкісних і старовинних книг.