清華大學圖書館在近百年的發展歷程中，積累了壹批頗具特色的館藏，其中包括：
古籍
圖書館珍藏有中文古籍28,000余種、230,000余冊，其中被《中國古籍善本書目》收錄者1,885種、孤本425種。這些館藏古籍文理兼優，四部鹹備，在海內外古籍界有壹定的影響。
清華文庫
主要收藏清華學人（包括曾在清華任職的教師、工作人員和歷屆校友）的個人學術著作；清華自建校以來的校刊及其他內部或對外出版刊物，以及各種有關清華人、事、物、歷史等的書籍資料等。
清華學位論文庫
包括從上世紀二十年代末到六十年代的部分畢業論文和上世紀八十年代起至今的全部博碩士學位論文。所有紙本學位論文，均已完成數字化，面對全校讀者提供電子版論文的服務。
“保釣、統運”資料
上世紀70年代，在美國的壹批中國臺灣、香港留學生發起了以“保衛釣魚島”為中心的愛國運動，歷經十年之久。由當年參與保釣運動的人士捐贈我館的。這批史料真實地記錄和反映了這段歷史。
科恩圖書室
該圖書室收藏了美國波士頓大學教授、科學哲學大師羅伯特·科恩捐贈給我館的私人藏書21,000余冊，其中包括從出版至今***計250卷的《Boston Studies in the Philosophy of Science》、《Vienna Circle Collection》、***計350卷的《Syntheses Library》，以及哲學、社會科學、馬克思主義研究及藝術建築領域類的圖書期刊。
波爾文獻室
尼耳斯·亨利克·戴維·玻爾是丹麥著名物理學家，諾貝爾物理學獎的獲得者。他是原子結構學說之父，哥本哈根學派的創始人，因其學說已被歷史證明是現代原子學說和量子力學的起點，被公認為是20世紀與愛因斯坦並駕齊驅的偉大人物之壹。清華校友戈革先生是12卷《尼耳斯?玻爾集》的獨立漢譯者，為此獲得丹麥女王瑪格麗特二世授予的“丹麥國旗騎士勛章”。文獻室陳列展出的諸多珍貴文獻、照片、物品，是戈革先生幾十年來收集和整理的，在國內乃至亞洲亦屬珍品。在他去世兩年後，於2009年 7月由其女戈疆全部捐贈給清華大學圖書館以成立玻爾文獻室。
社會名人捐贈
包括國際知名記者愛潑斯坦先生的藏書在內的諸多國際友人、政府政要的捐贈。
地方誌
自本世紀初開始，清華圖書館大力收集各地方誌，已收藏來自北京、上海、浙江、江蘇等十五個省、市、自治區地方誌1500多冊。
工藝美術特色資源
清華美術圖書館特色館藏包括：各個歷史時期的中國陶瓷；古今名家書法繪畫；明清古典家具；明清及現代染織刺繡作品；民間工藝美術與少數民族工藝美術的各類作品；世界29個國家和地區的傳統及民間工藝品等。
特色資源數據庫
自上世紀末以來，清華圖書館壹直在開展館藏數字化工作，已建成可提供在線閱覽的自建數字化資源主要有：
* 清華大學學位論文服務系統；
* 清華大學學生優秀作品數據庫；
* 中國科技史數字圖書館（包括中國建築數字圖書館、中國機械史數字圖書館、中文數學數字圖書館、中國水利史數字圖書館）；
* 清華大學教育資源數字圖書館；
校內其他特色資源網站