Центральная научная библиотека имени Якуба Коласа Национальной академии наук Беларуси (ЦНБ НАН Беларуси) основана 16 февраля 1925 г. при Институте белорусской культуры (Инбелкульт). Первым директором библиотеки был назначен И.Н.Середа, научный сотрудник Института белорусской культуры. При разработке Положения об Инбелкульте в 1924 г. предусматривалось, что в библиотеку должно поступать в одном экземпляре каждое издание, выходившее на территории Беларуси. По ходатайству Президиума Инбелкульта в 1925 г. библиотека стала получать обязательный экземпляр всех периодических изданий, которые выходили в РСФСР. В 1926 г. у библиотеки было 100 партнеров по обмену в СССР и 74 за рубежом, в том числе научные учреждения Польши, Германии, США, Канады, Франции.

В 1927–1929 гг. директором библиотеки был К.И.Гурвич. В этот период библиотека выписывала 92 названия журналов (в том числе 23 зарубежных) и имела в своем фонде 32 230 книг. Особенно большой была потребность ученых Инбелкульта в зарубежной научной литературе, на покупку которой выделялись валютные средства.

1 января 1929 г. Институт белорусской культуры был реорганизован в Белорусскую академию наук. Библиотека Инбелкульта соответственно стала Библиотекой АН БССР. Директором библиотеки в 1929 г. был назначен кандидат археографических наук Д.И.Довгялло. Он значительно расширил научно-библиографическую работу, принимал непосредственное участие в составлении и подготовке к изданию ежеквартальных каталогов «Новые издания Белорусской академии наук», библиографического указателя по истории Беларуси.

В соответствии с постановлением СНК БССР от 15 января 1934 г. Библиотека Белорусской академии наук начала получать полный обязательный экземпляр книг, брошюр и периодических изданий, географических и топографических карт. В 1933 г. в фонд библиотеки поступили книги белорусского математика Я.Громмера, бывшего в 1915–1928 гг. ассистентом А.Эйнштейна, в 1935–1936 гг. – библиотека из 15 тыс. изданий по болотоведению известного ученого В.Доктуровского, собрание книг по математике академика Ц.Бурстина и др. В 1936 г. фонд академической библиотеки достиг 150 тыс. томов.

В декабре 1937 г. директором библиотеки был назначен И.Я.Косарев, который руководил библиотекой до начала войны.

В соответствии с протоколом заседания бюро ЦК КП(б)Б № 42 от 3 января 1941 г. в Библиотеку Академии наук БССР поступило из Несвижа крупное книжное собрание Радзивиллов. Однако обработать и ввести в библиотечный фонд книжную коллекцию Радзивиллов не успели из-за начала второй мировой войны, во время которой книжные фонды многих библиотек Беларуси, в том числе и академической библиотеки, вывезли в Германию. После капитуляции Германии начался процесс возвращения культурных ценностей. Часть изданий попала в книжные фонды Государственной библиотеки БССР и Правительственной библиотеки. В академическую библиотеку вернулись только книги, прошедшие начальную обработку в довоенный период.

Во время Великой Отечественной войны библиотека была полностью разрушена. После изгнания германских захватчиков началась работа по восстановлению Библиотеки Академии наук. Большую помощь оказали ей библиотеки АН СССР, Московского государственного университета, других научных учреждений.

25 мая 1948 г. Совет Министров Беларуси принял постановление № 630 «О мероприятиях, в связи с ознаменованием 100-летнего юбилея со дня смерти великого русского критика и философа В.Г.Белинского», которое предусматривало присвоение Библиотеке АН БССР имени В.Г.Белинского. В 1966 г. библиотека была переименована и стала носить имя народного поэта Беларуси Якуба Коласа.

В 1951 г. Президиум АН БССР принял постановление о регулярном обмене научными изданиями с зарубежными странами, и работа библиотеки в области международного книгообмена стала носить систематический характер. В 1959 г. партнерами по книгообмену Библиотеки АН БССР были 192 организации СССР и 153 организации в 32 зарубежных странах.

По мнению Ф.В.Степанюка, который стал директором ФБ АН БССР в 1952 г., библиотека играла большую роль в подготовке научных работников. Выдача литературы в 1955 г. по сравнению с 1950 г. увеличилась почти в 2 раза. В 1965 г. количество читателей составило около 6 тыс., выданной литературы – около 300 тыс. экз.

В 1956 г. Президиум Академии наук принял решение о строительстве нового здания для библиотеки. В 1961 г. был утвержден проект, разработанный группой архитекторов под руководством Л.М.Гольдштейна. В конце 1964 г. началось строительство. В 1967 г. Библиотека АН БССР получила новое семиэтажное здание с десятиярусным книгохранилищем.

Значительную роль в организации работ по строительству и переезду библиотеки сыграл  М.П.Стрижонок, назначенный директором в 1961 г. Под руководством заслуженного деятеля культуры М.П.Стрижонка, отдавшего библиотеке более 30 лет жизни, ФБ АН БССР стала крупнейшим информационным центром не только в республике, но и в системе академических библиотек СССР.

В сентябре 1964 г. был организован отдел редких книг, ставший вторым в Беларуси библиотечным подразделением такого рода (специализированный отдел редких книг существовал только в Государственной библиотеке БССР). Благодаря целенаправленной деятельности по поиску литературы, экспедициям сотрудников отдела под руководством Л.И.Збралевич, библиотека приобрела значительное количество ценных изданий.

В 1952 г. в структуре библиотеки был создан библиографический отдел. В 1967 г. на библиотеку было возложено руководство библиографической работой в Академии наук БССР. Постепенно Библиотека Академии наук стала центром естественнонаучной библиографии республики. С начала 1960-х гг. ФБ АН БССР занимается библиографированием документов по белорусскому языкознанию. Большой вклад в развитие системы библиографической информации по науковедению внесла заведующая отделом научной библиографии А.Д.Василевская.

В мае 1981 г. Фундаментальная библиотека АН БССР была переименована в Центральную научную библиотеку АН БССР имени Якуба Коласа.

В соответствии с постановлением Совета Министров БССР от 25 мая 1990 г. Библиотека Академии наук Беларуси была отнесена к числу научно-исследовательских учреждений. Библиотека проводит научные исследования в области библиотековедения, библиографоведения, истории книги, информационной деятельности с целью оптимизации системы информационно-библиотечного обслуживания, формирования и рационального использования информационных ресурсов, библиометрические исследования.

Большую роль в организации научно-исследовательской деятельности в библиотеке сыграли заместитель директора по научной работе В.Б.Филипских, ученый секретарь Г.М.Баева, заведующая научно-методическим отделом И.И.Ваксер.

С 1992 г. ЦНБ НАН Беларуси является членом Белорусской библиотечной ассоциации.

Значительный вклад в дальнейшие исследования по проблемам истории науки, книжной культуры, информационно-библиотечной деятельности, библиометрии внесла кандидат исторических наук, Заслуженный деятель культуры Республики Беларусь Н.Ю.Берёзкина, проработавшая на посту директора библиотеки с 1999 по 2013 год.

Сегодня Центральная научная библиотека имени Якуба Коласа Национальной академии наук Беларуси — это современный информационно-библиотечный центр, который располагает одним из наиболее полных фондов национальных научных документов универсального профиля и самым большим в Беларуси собранием иностранной научной литературы. Библиотека возглавляет сеть из 10 библиотек при Научно-исследовательских учреждениях Национальной академии наук Беларуси и является национальным центром депозитарного хранения документов естественнонаучного профиля.

В библиотеке хранятся коллекции западноевропейских изданий XV–XVIII вв., книг кириллической печати XVI–XVIII вв., русских книг гражданской печати XVIII – первой четверти XIX вв., литературы о Беларуси XVI–XX вв., книг на белорусском языке XIX–XX вв., уникальная коллекция рукописных книг конца XVII – начала XX вв., написанных на белорусском языке арабской графикой, архивное собрание изданий Национальной академии наук Беларуси и другие.

Наиболее ценной частновладельческой коллекцией фонда ЦНБ НАН Беларуси является уникальное книжное собрание библиотеки князей Радзивиллов Несвижской ординации.

В декабре 2009 г. библиотека получила сертификат о включении архивов и Несвижской библиотеки Радзивиллов во Всемирный регистр ЮНЕСКО «Память мира». За сохранение культурного наследия Центральная научная библиотека им. Я.Коласа НАН Беларуси отмечена Дипломом Национальной комиссии Республики Беларусь по делам ЮНЕСКО.