衡陽市圖書館維修改造工程是衡陽市委、衡陽市人民政府2009年為民辦實事的重點工作之壹，也是衡陽城市“三年大變樣”行動計劃的重點項目之壹。衡陽市圖書館維修改造的原則是“必要必須、完善功能、提升服務”，主要目標是使市圖書館與衡陽城市發展要求基本相適應，與市民閱讀需求基本相適應，成為中心城區永久性公***文化設施。
2009年3月10日，衡陽市圖書館維修改造工程正式開工。工程總面積7810平方米，其中新增950平方米，土建、維修及裝修總投資500余萬元，資金來源為市財政全額投資。維修改造項目包括：1、調整圖書館的出入口，拆除現有的進出口通道和商業建築，在北面設立大門；2、在保留原有升降機的基礎上增添壹臺容納20人左右的電梯；3、更換和維修門窗和線路；4、增添必要的設施；5、對外墻進行適當裝修；6、把老書庫裝修改造（包括外墻）作為市少兒圖書館館舍。
改造後的衡陽市圖書館服務面積將增大1000平方米，同時新建了數字網絡圖書室。學術報告廳將定期或不定期舉辦文化講座，邀請國內外壹些文化名人與衡陽讀者面對面交流。“館內現有藏書53萬冊，其中古籍和民國線裝書5萬余冊，具有很高的研究價值。新館開館時，新購的1萬冊書也將與市民見面。”
2010年1月部分開放，為讀者提供現期報刊閱覽、小說外借及綜合外借等項目的服務。2010年7月28日起，改造後的衡陽市圖書館全面開放。
2010年上半年，衡陽市圖書館添置了新的書架、閱覽室桌椅及電腦管理設備等基本服務設施已安裝完畢，擁有閱覽坐席630個，可容納800余位讀者同時入館閱覽讀書。衡陽市圖書館全面開放後新增的服務窗口包括過期報刊借閱室、地方文獻閱覽室、參考咨詢室、自修室、圖書館學資料室、多媒體閱覽室和多功能報告廳。