博物館設有設備齊全的閱覽室、個人研究室、展廳、學術活動室、報告廳、多功能廳和音樂欣賞室。具有現代文獻采訪、編目、流通和書目查詢功能的計算機集成管理與服務系統。引進先進技術和設備促進讀者閱讀，相繼推出數字移動閱讀器借閱、手機圖書館、電子報刊閱讀專欄、網上委托借閱、電子動漫電子資源遠程服務和“我的圖書館”(壹卡通)讀者免費閱讀等現代數字化新服務。
藏品豐富齊全。擁有近5200萬冊圖書報刊、科技資料和1.5萬余冊舊記錄等非圖書資料。博物館位於上海古籍保護中心，收藏有370萬份歷史文獻。1400年的維摩詰經典是上圖中最早的收藏。擁有342個家譜，1.8萬多個姓氏，是國內外收藏中國家譜最多的圖書館。
圖書館實行免費辦證，堅持“360家銀行可申請辦證，365天，每天對外開放”的原則。探索了現代圖書館的多元化服務形式，形成了上海市中心圖書館“壹卡通”系統、上海市公共信息服務平臺、上圖講座、上圖傳遞、上海之窗、網上聯合知識導航站、全國報刊索引數據庫、上海年華、館藏文獻年展等10多個有影響力的現代服務品牌，深受好評。