Научная библиотека (НБ) Центрального государственного музея Республики Казахстана является информационным центром, где сосредоточена специальная научная и учебно-методическая литература. Основные задачи научной библиотеки тесно взаимосвязаны с главными функциями музея, как особого научно-исследовательского и культурно-образовательного института. Функционирует с 2008 года (создана по инциативе и при непосредственном участии директора музея Нурсан Алимбай).

• основной фонд – состоит из 51309 экземпляров книг. Это научная, отраслевая, справочная, художественная литература. Современная отраслевая литература представлена изданиями по теории и истории искусства,  музейному делу, декоративно-прикладному, изобразительному искусству, фольклору, культурологии, историческим дисциплинам: палеонтологии, антропологии, археологии, источниковедению, историографии, нумизматике, религии, философии и краеведению.
• редкий фонд —  в фонде более 12600 экземпляров книг. Основную часть которого составляют собрания книг Семиреченского областного музея и Оренбургского краеведческого музея, переданные в Центральный музей вместе с музейными коллекциями. К научными и наиболее ценным изданиям собрания раздела редких книг можно отнести издания Общества археологии, истории и этнографии при Императорском Казанском университете за 1879-1929 годы, Ученые записки Императорской Академии наук, Записки Русского Географического Общества, труды Восточного отделения Русского Археологического Общества, Известия и Заметки Московского Археологического Общества, Протоколы заседаний и сообщения членов Туркестанского кружка любителей археологии и многие другие серийные издания.
• архивные материалы насчитвают 7736 экземпляров — это наиболее значимые труды о Казахстане и Средней Азии, взятые из фондов Российской Государственной Библиотеки им. В.И.Ленина, Государственного архива Российской Федерации, Российского Государственного архива древних актов, Российского государственного военно-патриотического архива (Москва); архива Русского Географического Общества, Института Истории Материальной культуры РАН, Российского государственного исторического архива, Российской Национальной Библиотеки им. Салтыкова-Щедрина (Санкт-Петербург); Государственного архива Оренбургской области, Областной научной библиотеки им. Н. Крупской (Оренбург); Областного Исторического Архива (Омск); Национальной библиотеки и Государственного Исторического Архива (Башкирия, Уфа); Научной Библиотеки им. Алишера Навои, Института востоковедения (Узбекистан, Ташкент); Национального Архива Республики Татарстан (Татарстан, Казань) и др. Архивный фонд библиотеки постоянно пополняется материалами и литературой по этнографии, истории и археологии Казахстана, приобретенные в ходе археографических экспедиций и научных командировок, реализуемых в стенах музея научно-прикладных проектов. В этой работе немаловажную роль играют научные сотрудники музея, которые активно работают по научно-исследовательским проектам, а также по программе «Мәдени мұра».
• периодика, включает 237 наименований это газеты и журналы, издания не только республиканского значения, но и российские необходимые для работы музейных специалистов: Отечественная история, Вопросы истории, Этнографическое обозрение, реферативные журналы — Науковедение, Социология, Философия, Экономика, Музей, Археология, этнографияи и антропология Евразии, Вестник Московского университета, Хабаршы-Вестинк КазНУ им.Аль-Фараби, Весник Академии Наук РК, Вопросы истории, Вопросы философии, вопросы культурологи, Восточная коллекция, Отан тарихы, Научный мир Казахстана, Восток и т.д.

В библиотеку приобретаются книги, электронные издания, журналы, газеты, карты и аудиовизуальные материалы.

Каталоги и картотеки научной библиотеки – целостная единая система, взаимосвязанная, дополняющая друг друга и раскрывающая состав фондов библиотеки в различных аспектах. В состав системы каталогов и картотек включены: читательские картотеки, читательский и служебный каталоги, электронный каталог на казахском, русском и других языках.

База данных электронного каталога «Кабис» составляет свыше 17 000 записей,

Обслуживание пользователей библиотеки музея, которыми в первую очередь являются научные сотрудники музея и специалисты, а также коллеги, аналогичных заведений, приезжие на обучение и стажировки, осуществляется в читальном зале. Выдача литературы по всем отраслям знаний, включая электронные издания по различным темам, производятся по предварительному заказу. Фонд читального зала это энциклопедии, справочники, отраслевая научная литература, позволяющая удовлетворить практически все информационные запросы. У читателей имеется возможность заниматься с книгами с «тематических полок» и «полок свободного доступа».

В научной библиотеке в 2014 году зарегистрировано 180 читателей, выдано 7350 книг и 300 единиц периодики. Специалистами библиотеки выполнено в 2014 году более 90 справок в соответствии с читательскими запросами, проведено более 20 консультаций по различным аспектам пользования библиотекой, ее справочно–поисковым аппаратом, внешними ресурсами.