I 1906 indviedes Det Kongelige Biblioteks nye bygning på Slotsholmen, tegnet af arkitekt Hans J. Holm.
I 1970'erne blev Det Kongelige Bibliotek ramt af store tyverier. For at få et overblik over manglerne gennemførtes herefter en omfattende revision af bibliotekets ældre samlinger. Mange år efter, i 2003-2004, blev tyverierne opklaret. Det skulle vise sig, at ca. 3.200 bøger til en samlet værdi af mellem 150 og 300 millioner kroner var blevet stjålet af den samme mand i løbet af en ti-årig periode. Sagen kendes som det store bogtyveri.
I 1989 blev Universitetsbibliotekets 1. afd. en del af Det Kongelige Bibliotek, og i slutningen af 1990'erne blev flere byggeprojekter afsluttet; i 1997 således dels et nyindrettet samfundsvidenskabeligt og juridisk fakultetsbibliotek i biblioteksbygningen i Fiolstræde, dels første etape af en ny biblioteks- og magasinbygning ved Københavns Universitet på Amager, og i 1999 indviedes bibliotekets nybygning på Slotsholmen Den Sorte Diamant, hvorved den hidtidige facade mod Det Kongelige Biblioteks Have blev mindre set - også fordi hovedindgangen blev via den nyanlagte Søren Kierkegaards Plads og den gamle hovedindgang blev lukket.