L’atto di nascita della Biblioteca risale al 15 agosto del 1772 e recita: “Il Collegio di Brera prima d’ogni altra provvista e spesa penserà all’acquisto di un buon assortimento di libri matematici, astronomici e fisici, da rimanere stabilmente in una delle camere della Specola, per comodo degli Astronomi, ed altri; tra questi libri sembra indispensabile la raccolta delle più celebri accademie, ne’ quali sono depositate le più grandi scoperte tanto d’Astronomia che di Fisica, e dove si trova una preziosa raccolta di osservazioni”.
A scrivere queste parole fu padre Ruggero Boscovich: preparando il regolamento per la Specola di Brera (da lui fondata pochi anni prima) egli aveva fin da subito compreso come una biblioteca ben fornita fosse un sussidio indispensabile per la ricerca, alla stregua di una buona dotazione strumentale e di un’accurata preparazione degli astronomi.
I primi volumi destinati a formare la biblioteca provenivano da quella, ricchissima, del Collegio gesuitico di Brera, in seno al quale la Specola era nata. Già durante il Settecento la primitiva raccolta si arricchì con acquisti di libri provenienti da tutta Europa, come testimoniano alcuni conti di fornitori trovati nell’Archivio storico dell’Osservatorio, e con altrettanti scambi, documentati nella corrispondenza di quegli anni. Anche viaggiare era l’occasione per procacciarsi nuovi libri, e così fece infatti Barnaba Oriani durante il suo viaggio in Europa nel 1786.
Nel secolo successivo le acquisizioni continuarono e, con la direzione di Giovanni Schiaparelli, a partire dal 1862, prese il via la creazione di una imponente collezione rilegata di pubblicazioni miscellanee (i cosidetti Mixta), che proseguì anche durante le direzioni di Giovanni Celoria (1900-1917) e di Emilio Bianchi (1922-1941) e che oggi rappresenta una peculiarità della biblioteca dell’Osservatorio.
A partire dal 1923 una biblioteca venne realizzata anche nella nuova “sede succursale” di Merate, costruita a partire da quell’anno per le osservazioni astrofisiche. Poco tempo prima di morire (il 4 luglio 1910) Giovanni Schiaparelli aveva manifestato al figlio Attilio la volontà di legare i proprii libri di astronomia e fisica all’Osservatorio “affinchè (sono parole sue) questo istituto possa completare le proprie collezioni, ed eventualmente creare un fondo succursale di libri per la stazione astronomica che in non lontano avvenire esso si troverà nella necessità di creare fuori di Milano”. E furono proprio i 1788 volumi e 1157 opuscoli di Schiaparelli che andarono a formare il primo nucleo della biblioteca di Merate.