Основу книжного фонда первой публичной библиотеки составила книжная коллекция (965 томов) председателя Владимирской палаты уголовного суда М. С. Бенедиктова, после его смерти купленная на пожертвованные средства.
До начала 1840 года библиотека располагалась в здании Дворянского собрания (ныне Центр культуры и искусства на Соборной).
Активным читателем библиотеки был А. И. Герцен, живший в 1838-40 гг. во Владимире. Основными читателями были учащиеся гимназии, семинарии, дворяне, чиновники, офицеры.
Однако весной 1840 года из-за недостатка средств библиотека прекратила свою работу. Уцелевшие книги были переданы в библиотеку Владимирской гимназии.
Прошло почти 60 лет и начался новый этап в библиотечной жизни города.
15 (27) мая 1897 года по инициативе местной интеллигенции была открыта Владимирская городская публичная библиотека. В основу ее фонда были положены книги из частной библиотеки семьи Калачевских. Открыта она была на частные пожертвования и существовала за счет подписной платы. В 1918 году она слилась с губернской педагогической библиотекой и вскоре стала центральной губернской библиотекой, а затем центральной окружной библиотекой. После ликвидации в 1929 году Владимирской губернии г. Владимир стал центром Владимирского района Ивановской области, и библиотека с 1930 года стала центральной районной.
В 1932 г. библиотеке было присвоено имя Максима Горького. А в 1944 году на базе городской была создана Владимирская областная библиотека имени М. Горького.
В декабре 1944 г. библиотека переведена в помещение по адресу Почтовый пер., д. 2 (ныне – ул. Большая Московская, д. 31). Здание библиотека «делила» с областным музеем.
В декабре 1964 года библиотека переехала в новое здание по ул. Дзержинского, 3, где она находится и в настоящее время.
Мозаичное панно с портретом А. М. Горького в вестибюле библиотеки было выполнено владимирским художником-монументалистом и графиком Виктором Ивановичем Шамаевым.
В 2007 г. научной библиотеке был присвоен статус особо ценного объекта культурного достояния Владимирской области.