La biblioteca di ricerca del Museo Galileo mette a disposizione degli studiosi un'ampia e aggiornata raccolta di testi e studi inerenti la storia delle diverse discipline scientifiche, dal mondo antico fino alla prima metà del Novecento.
Oltre al patrimonio librario, la biblioteca conserva fondi d'archivio, stampe e disegni, fotografie.
Tutto il materiale librario è catalogato (di parte dei volumi miscellanei e di diverse riviste sono catalogati anche i singoli contributi) e ricercabile online. La descrizione del materiale d'archivio e delle fotografie è tuttora in corso. Moltissimi i documenti disponibili in versione digitale: la maggior parte è a libero accesso, ad altri si accede solo in rete locale.
Fra le attività della biblioteca si segnala la compilazione di bibliografie e, in generale, la catalogazione di documenti di interesse storico scientifico anche se non posseduti. Al fine di consentire la consultazione integrata delle risorse dell'intero istituto, la banca dati cumulativa della biblioteca ospita anche il catalogo degli strumenti scientifici del Museo, il catalogo delle medaglie e l'archivio fotografico digitale corrente, il cui riversamento è tuttora in corso.
La biblioteca partecipa a consorzi e progetti interbibliotecari. Tutti i dati sono disponibili in WorldCat, mentre incunaboli e testi del Cinque, Sei e Settecento sono ricercabili anche in SBN-Servizio bibliotecario nazionale, nel catalogo delle biblioteche dell'Università di Firenze e in quello del Sistema bibliotecario degli atenei della Toscana. Le riviste antiche (fino al 1800) e quelle correnti sono registrate in ACNP-Catalogo italiano dei periodici. Tutti i dati sono inoltre pubblicati come Linked Open Data nei portali Datahub (Open Knowledge Foundation) e OpenData (Regione Toscana).