國家圖書館是壹個國家圖書館事業的核心，其主要職能是：①完整、系統地搜集和保管本國的文獻，從而成為國家總書庫。②為研究和教學采選外國出版物，使其擁有壹個豐富的外文館藏。③開展科學情報工作，為科學研究服務。④編印國家書目，發行統壹編目卡片，編制回溯性書目和聯合目錄，發揮國家書目中心的作用。⑤負責組織圖書館現代技術設備的研究、試驗、應用和推廣工作，開展全國圖書館網絡化的設計、組織和協調工作，在推動圖書館實現現代化中起樞紐作用。⑥為圖書館學研究搜集、編譯和提供國內外情報資料，組織學術討論，推動全國圖書館學研究的發展。⑦代表本國圖書館界和廣大讀者的利益，參加國際圖書館組織；執行國家對外文化協定中有關開展國際書刊交換和國際互借工作的規定；開展與國際圖書館界的合作與交流。
中國國家圖書館是綜合性研究圖書館，是國家總書庫。國家建立的負責收集和保存本國出版物，擔負國家總書庫職能的圖書館。 館藏資源包括圖書、期刊、報紙、 學位論文 、古籍善本、特藏專藏、工具書、年鑒、電子出版物、縮微資料、視聽資料。 國家圖書館壹般除收藏本國出版物外，還收藏大量外文出版物（包括有關本國的外文書刊），並負責編制國家書目和聯合目錄。國家圖書館是壹個國家圖書館事業的推動者，是面向全國的中心圖書館，既是全國的藏書中心、館際互借中心、國際書刊交換中心，也是全國的書目和圖書館學研究的中心。履行搜集、加工、存儲、研究、利用 總館和傳播知識信息的職責。國家圖書館是全國書目中心、圖書館信息網絡中心。承擔著為中央國家領導機關，重點科研、教育、生產單位和社會公眾服務的任務。負責全國圖書館業務輔導，開展圖書館學研究。1998年開始，中國國家圖書館開始立項實施“中國數字圖書館工程”，部分館藏資料實現數字化，部分數據已面向社會提供服務。
國家圖書館全面入藏國內正式出版物，是世界上入藏中文文獻最多的圖書館。同時重視國內非正式出版物的收藏，是國務院學位委員會指定的博士論文收藏館，圖書館學專業資料集中收藏地，全國年鑒資料收藏中心，並特辟香港、臺灣、澳門地區出版物專室。
國家圖書館的外文書刊購藏始於20世紀20年代，是國內典藏外文書刊最多的圖書館，並大量入藏國際組織和政府出版物，是聯合國資料的托存圖書館。
國家圖書館不僅收藏縮微制品、音像制品，還入藏了國內外光盤數據庫近百種，電子出版物8000余種。
國家圖書館在搜集、加工、存儲、提供和開發文獻等方面，已形成了具有中國特色的藏用並重的格局。
國家圖書館重視圖書文獻的保護工作，采用傳統的修整技術和先進的縮微攝影技術，對館藏要籍和各類珍稀文獻進行修復和再生性保護。
中國國家圖書館履行全國書目中心職責，編輯出版國家書目、聯合目錄和館藏目錄。國家圖書館編輯全國書刊聯合目錄始於1927年，1957年以後此項工作得到全面加強和完善。1997年10月正式成立全國圖書館聯合編目中心，在全國範圍內組織與管理圖書館計算機聯合編目工作，***建網上聯合目錄，***享書目數據資源和文獻資源。
中國國家圖書館是國家重要的文化機構。代表國家執行有關對外文化協定，開展與國內外圖書館界的交流與合作。接待外國政府首腦和高級代表團的參觀訪問；增進與世界各國圖書館界、文化界的交流與合作；參與有關國際組織的學術活動。目前，與世界120多個國家和地區的1000余家圖書館、學術研究機構建立並保持著書刊交換關系。通過設在館內的ISSN中國國家中心，使中國連續出版物的書目信息參加世界範圍內情報信息的交流與***享。與澳大利亞、新加坡、日本、韓國、美國等圖書館界開展人員交換、技術交流和資源***享等具有實質性內容的合作，成功地舉辦了各類以中國文化典籍為主的展覽。