天壹閣原有藏書七萬余卷，從明末戰亂起始大批散失，到清康熙時閣中所藏明實錄已佚其半；乾隆時修《四庫全書》，又從天壹閣調走六○二種（壹說六三八種）圖書，以後多未發還；壹八四○年鴉片戰爭中，英軍占領寧波，從天壹閣掠走地理與圖數十種，壹八六壹年太平軍進駐寧波，當地盜賊乘機竊走大批圖書；民國初年，江洋大盜薛繼渭與不法書商相勾結，又盜去藏書壹千余部。經過這幾番劫難，到解放初期，天壹閣書僅剩壹萬三千多部。
此外，還有地方上的父母官借書不還，以及零星散失和保管不善，到解放前夕，天壹閣藏書只剩下壹萬三千多卷，只有原藏書的五分之壹。許多珍籍成了斷簡殘篇。難怪有人發出這樣的感嘆：“久聞天壹閣藏書，英石蕓香辟蠹魚。今日櫝存珠已去，我來翻擷但欷?#91;。”
但是，歷三百余年保存下來的這壹萬三千多卷古籍，仍舊是稀世珍寶，價值連城。遺存的書籍，宋元版本已為數甚少，絕大多數為明代刻本和抄本。其中以各地方誌和明朝科舉題名錄為最名貴。寧波解放前夕，周恩來指示南下大軍要保護好寧波的天壹閣，使這壹珍貴的文化遺產得以保存。壹九六二年十月二十七日，郭沫若到天壹閣視察時，撫今思昔，在天壹閣“蘭亭”中揮筆題律詩壹首：
明州天壹富藏書，福地瑯環信不虛。
歷劫僅存五分壹，至今猶有萬卷余。
林泉雅潔多奇石，樓閣清臒類碩儒。
地六成之連解放，人民珍惜勝明珠。
解放以後，天壹閣管理部門，經多方訪求，收回了散失在各地的天壹閣原藏書。寧波許多著名藏書家和他們的後裔，都把自己珍藏的書籍捐贈給天壹閣保存。基中有馮孟顓“伏跗室”藏書；朱贊卿的“別宥齋”藏書；孫翔熊的“蝸寄廬”藏書以及張秀言的“樵離”藏書，楊容林的“清防閣”藏書等等，可謂百川歸海。由此，天壹閣藏書已逾三十萬卷，其中善本書為八萬卷。藏書獨具特色、為國內各大圖書館所少見的有兩大類：壹是明嘉靖年間刻印的全國各地方誌二百七十四種；二是明朝鄉試、會試登科錄四百十壹冊。這些古籍都是研究古代尤其是明朝歷史、勝地、人物，風俗以及各地氣象、水文、地質、礦產等寶貴資料。此外，還有不少名貴的手抄本，如明代正德年間吳氏撰輯的大型類書《三才廣誌》手抄本，據說從未刻印過，至今也沒有發現第二部手抄本，被譽為“稀世之珍”。
天壹閣藏書曾多次編目。最早的藏書目錄為範欽手定的《範氏東明書目》，現存最早的目錄是清初抄本《天壹閣書目》，壹九八○年天壹閣編有《天壹閣善本書目》，***著錄善本四千余部，七萬余卷。
其藏書印達30枚，除了“天壹閣”等易辨識外，還有“堯鼎”、“東明山人之印”、“古司馬氏”、“和鳴國家之盛”、“司馬之章”、“司勛大夫”、“萬古同心之學”、“東明外史”、“壹吾樓”、“四明山水野人之印”、“壬辰進士”、“壬辰子大夫”、“人生壹樂”、“子子孫孫永傳寶之”、“七十二峰”、“四明範氏圖書記”、“四明範氏家藏”、“範氏看畫記”等。