Центральная научная библиотека Министерства образования и науки Республики Казахстан была организована в 1932 году с созданием в Алма-Ате первой научной организационной ячейки - Казахстанской базы Академии наук (АН) СССР, которая имела в своем составе 2 сектора - зоологический и ботанический. С этого года Библиотека Академии наук Каз.ССР ведет свою историю.

Подаренные учеными 2,5 тысячи книг свободно разместились в нескольких комнатах в небольшом здании на ул. Калинина (ныне Кабанбай батыра). Здесь и прожила библиотека более четверти века.

В 1938 году Казахстанская база была реорганизована в Казахский  филиал АН СССР. К тому времени фонд библиотеки насчитывал 30 тыс. экз., штат библиотеки состоял из 4 человек.

В 1946 году библиотека переименовывается в Центральную научную библиотеку Академии наук Каз.ССР. С этого периода начинается новый и главный этап становления и развития ЦНБ.

С 1947 года стал поступать обязательный платный экземпляр по тематике научно-исследовательских учреждений (НИУ), отбираются книги из дублетных фондов крупнейших библиотек Москвы, Ленинграда, Риги, Львова, Ташкента. По инициативе первого Президента АН Каз.ССР К.И.Сатпаева приобретаются частные библиотеки известных ученых-академиков В.Л. Комарова, А.Д. Архангельского, Н.С. Курнакова, Д.К. Зеленина. Эти ценные в научном отношении библиотеки значительно улучшили качество книжного фонда ЦНБ.  К 1950 году книжный фонд библиотеки  почти удвоился - около 152 тыс.печ.ед.

В 1946-59 гг. появились первые филиалы-библиотеки ЦНБ при научно-исследовательских институтах: зоологии, химических наук, геологии, астрофизики, металлургии и обогащения, ботаники и др. Создание первых секторов естественного профиля Академии наук надолго определили профиль комплектования Центральной научной библиотеки как естественнонаучный.

В 50-х годах прошлого века активизируется библиографическая деятельность ЦНБ. Выходит первый указатель изданий АН КазССР за пять лет (1945-1950).

С 1951 года был установлен международный книгообмен (МКО) с 8 научными учреждениями стран народной демократии, а также с Англией и Францией. Установление и развитие международного книгообмена явилось для ЦНБ одной из форм международного сотрудничества, средством пропаганды отечественной науки, источником безвалютного приобретения иностранной литературы.

В эти годы организованы  отдел иностранной литературы /1956/ и отдел казахской литературы, редких книг и рукописей /1959/. В эти годы библиотека почти не имела литературы на казахском языке, особенно ретроспективы, отсутствовала периодическая печать Казахстана. Создание отделов было вызвано острой необходимостью наладить работу по приобретению и пропаганде среди читателей зарубежной научной литературы и национальной книги, а также по обеспечению сохранности редких изданий, представляющих для науки большую ценность.

В 1958 году библиотека вместе с Академией переехала в новое, ныне существующее здание. Появилась возможность создания условий для работы ученым и специалистам, открытия 2-х читальных залов на 100 мест, расширения абонемента и помещения для каталогов.

В 1979 г. с пристройкой основного книгохранилища и еще одного павильона библиотеки появились условия и для работы библиотекарей служебных отделов: комплектования, обработки литературы, книгохранения и др. Были открыты фотолаборатория по микрофильмированию и фотокопированию, столярная и переплетная мастерские. Коллектив библиотеки состоял уже из 148 библиотечных  работников.

Эпоха 60-80-х годов была ознаменована наиболее тесными контактами с крупнейшими библиотеками страны в плане координации НИР и НМР. ЦНБ участвует в международных, всесоюзных и республиканских научных конференциях. Активно развиваются зарубежные связи библиотеки с США, Канадой, КНР, Японией, Францией, Германией и др.

С 1983 года ЦНБ одна из первых библиотек республики приступила к внедрению автоматизации библиотечно-информационных процессов. В режиме автоматизированной системы ИРИ по массивам базы данных ВИНИТИ ЦНБ успешно обеспечивала вторичной информацией абонентов научно-исследовательских учреждений казахстанской Академии наук. В библиотеке действовали АС "Ретроспективный поиск", АС "Библиография", АС "МБА".

В начале 90-х годов возник вопрос комплексной автоматизации ЦНБ. С 1994 г. в библиотеке начала действовать автоматизированная библиотечно-информационная система (АИБС) "МАРК". ЦНБ приступила к созданию электронного каталога, собственных информационных продуктов в форме тематических баз данных.

В 90-е годы новая социокультурная ситуация, обусловленная государственной независимостью Республики Казахстан, расширила как социальные, так и функциональные рамки деятельности библиотеки.

Постановлением Правительства Республики Казахстан от 17 июля 1999 года, ?993 Центральная научная библиотека была реорганизована в Республиканское государственное казенное предприятие "Центральная научная библиотека" Министерства образования и науки Республики Казахстан.

Динамика развития ЦНБ выражена в опоре на традиции прошлого, в нацеленности на поиски новых путей развития в сочетании с новыми формами хозяйствования.