Библиотека была заложена в 1648 году датским королем Фредериком III. Первоначально базировалась на его большой личной коллекции произведений европейских авторов. Публичный доступ был открыт в 1793 году. Фонды библиотеки несколько раз объединялись с фондами других заведений. В 1989 году - с библиотекой Копенгагенского университета, в 2005 году - с Датской медицинской национальной библиотекой.С 2006 года официально носит название Королевская Библиотека Копенгагена.

В настоящее время библиотека состоит из трех зданий Копенгагенского университета и центрального здания на острове Слотсхольмен. Прежнее главное здание было построено в 1906 году, а в 1999 году к нему пристроили новый корпус библиотеки, которое носит название "Черный алмаз", из-за использованного материала (стекла и черного мрамора).В этом здании также находится большой концертный зал.

В 1968 году группа неизвестных выкрала из хранилищ библиотеки более трех тысяч книг на сумму около 500 млн. долларов. Кража была обнаружена в 1978 году. В 2003 году Интерполу удалось вычислить по лоту на аукционе Кристи в Лондоне, одного из преступников. Вором оказался сотрудник библиотеки, который скончался в 2003 году, а ворованные книги после его смерти продолжали продавать члены его семьи.При обыске было найдено более чем 1500 украденных книг.