截至2015年底，總、分館文獻資源累積量約1100余萬冊（件）。其中紙質藏書800余萬冊，以及近年來大量引進和自建的中國國內外數字資源，包括各類數據庫、電子期刊、電子圖書和多媒體資源約300余萬冊（件）。館藏中有150萬冊中文古籍，其中20萬件5至18世紀的珍貴書籍，是中華民族的文化瑰寶，被國務院批準為首批國家重點古籍保護單位。外文善本、金石拓片、1949年前出版物的收藏均名列中國國內圖書館前茅，為研究家所珍視。此外，還有燕京大學學位論文、名人捐贈等特色收藏。
1.書刊報紙
據2016年1月北京大學圖書館官網信息顯示，北京大學圖書館總館收藏中外文圖書263萬余種，其中外文圖書含有30多個語種；中外文報刊4萬余種，外文報刊以英文為主。收藏圖書年增長量在5萬種以上、報刊年增長量在5千種以上。
2.古籍文獻
古籍是北京大學圖書館最重要的館藏之壹，據2016年1月北京大學圖書館官網信息顯示，古籍文獻總量達150萬冊，其中善本古籍約2萬余種、20余萬冊。2008年以來，北大圖書館***有352部古籍善本分別入選由文化部確定、國務院批準的第壹、二、三批國家珍貴古籍名錄。
北京大學圖書館的古籍收藏具有規模宏大、種類齊全、特藏豐富、珍品眾多的特點。重要的館藏中，以年代劃分，有敦煌卷子288號，宋、元刻本300余種，明刻本近萬種；以出版國別劃分，有日本本2000余種、朝鮮本200余種；以制作方式劃分，有抄、稿、寫本9000余種，活字本3000余種；以內容類型劃分，有方誌近5000種，家譜2200余種，還有多個小說戲曲專藏，如車王府曲本1536種，馬廉不登大雅之堂藏戲曲小說928種，程硯秋禦霜簃藏曲本1400余種。館藏金石拓片4萬余種、8萬余件，包括了繆荃孫藝風堂、張仁蠡柳風堂二家的全部藏拓。此外還收藏有2000余種中國古代輿圖。
北大館在CALIS技術支持下建設的“秘籍琳瑯——北京大學數字圖書館古文獻資源庫”，是完整展示北京大學圖書館藏古籍的網絡平臺。北大館牽頭建設的“學苑汲古——高校古文獻資源庫”，更是匯集了包括北大圖書館在內的中國國內24所高校圖書館藏古籍元數據60余萬條、書影20余萬幅，電子圖書8.35萬冊，是世界上規模最大的古籍書目數據庫之壹。北大圖書館古籍閱覽室收藏有壹百余部大型古籍影印本叢書，約含古籍8萬種。不少分館也有古籍收藏，其中考古文博學院分館、中文系分館、信息管理系分館的部分古籍書目數據已經錄入古文獻資源庫中，其他分館所藏古籍的書目數據今後也將陸續進入該資源庫。
3.特藏文獻
據2016年1月北京大學圖書館官網信息顯示，北京大學圖書館特藏文獻有：地方誌、晚清民國舊報刊、民國圖書、西文東方學文庫、中德學會舊藏、中法大學舊藏、侯仁之贈書、方誌彤贈書、侯思孟贈書、歐盟文獻、英美政府外交檔案的微縮膠卷和膠片、珍貴西文文獻、學位論文、北大文庫、季羨林贈書、張芝聯贈書、錢端生贈書、段寶林贈書、宿白贈書、臺灣文獻。
4.學位論文
據2016年1月北京大學圖書館官網信息顯示，北京大學圖書館學位論文體系建有：北京大學學位論文、燕京大學學位論文、北大名師學位論文等體系。其中：
北京大學學位論文：收藏1981年以後自北京大學畢業的所有博、碩士學位論文，以及部分優秀學士論文。閱覽地點為西區309學位論文閱覽室，可通過OPAC或北京大學學位論文庫檢索。
燕京大學學位論文：收藏有燕京大學的學士和碩士論文，***2600多篇，其中包括許多當代著名學者的論文手稿真跡，十分珍貴。燕大論文內容涉及的學科範圍較廣，對研究近代中國社會、歷史、政治等有重要的參考作用。閱覽地點為西區318特藏室。具體可通過燕京大學學位論文庫檢索。
北大名師學位論文：存於西區313北京大學文庫，***收藏有12種： 北大名師學位論文 姓名論文題目畢業院校學位論文形式陳岱孫 The Relation Between Local Governmental Expenditures and Density of Population in Massachusetts 美國哈佛大學 博士 論文原件之復印件 陳翰笙 The Conference of Ambassadors in London, 1912-13, and the Creation of Albanian State 美國芝加哥大學 碩士 論文原件之復印件 陳振漢 The Location of the Cotton Manufacturing Industry in the United States 美國哈佛大學 博士 論文副本 董申保 The Crystalline Schists of Lower Allagnon Valley, Central Massive, France 法國克萊蒙非朗大學 博士 論文原件 費孝通 親迎婚俗之研究 燕京大學 學士 論文原件 馮友蘭 A Comparative Study of Life Ideals 美國哥倫比亞大學 博士 正式出版之復印件 侯仁之 An Historical Geography of Peiping 英國利物浦大學 博士 論文原件之復印件 胡適 The Development of the Logical Method in Ancient China 美國哥倫比亞大學 博士 正式出版 李憲之 Die K?lteeinbrüche in Ostasien 德國洪堡大學 博士 正式出版 王力 Une Prononciation Chinoise de Po-Pei 法國巴黎大學 博士 正式出版 樂森璕 Die Korallenfauna des Mitteldevons aus der Provinz Kwangsi, Südchina 德國馬堡大學 博士 正式出版 趙乃摶 Richard Jones：An Early English Institutionalist 美國哥倫比亞大學 博士 正式出版 5.民國舊報刊
據2016年1月北京大學圖書館官網信息顯示，北京大學圖書館所藏晚清至民國期間的報刊達壹萬余種，舊報紙六百余種，有不少孤本、珍本，為收藏和研究者所珍視。這壹珍貴特藏主要源於老北大及燕京大學的舊藏，也有少量原中法大學和中德學會的舊藏。晚清至民國報刊對於了解研究中國近代化的進程，以及這壹動蕩巨變時期思想學術、軍事政治、教育文化、語言文學、社會風俗等方方面面的嬗變都具有重要的參考價值。 為保證各項業務工作的順利進行，圖書館陸續引進和開發了各類應用系統，如數字圖書館門戶系統、統壹檢索平臺、統壹認證系統、學科導航系統、電子資源導航系統、虛擬咨詢系統、網絡培訓系統、科技查新系統、館際互借和文獻傳遞系統，以及數字資源加工系統群、數字化服務系統群、元數據著錄系統等，形成了較為完整的信息服務和信息加工平臺。為進壹步發現、挖掘和揭示圖書館特色資源，還先後推出了學位論文提交、編目和發布系統、古文獻編目和發布系統（秘籍琳瑯）、北大名師人物數據庫、北京歷史地理數據庫、民國報刊數據庫等寶貴的數字特藏。
2000年，圖書館與校內其他單位聯合成立的北京大學數字圖書館研究所開展了有關數字圖書館模式、標準規範（元數據、數字加工標準等）、關鍵技術、互操作層與互操作標準、數字圖書館門戶等的研究，取得了壹系列的成果，並開始進行大規模應用實踐，為北京大學數字圖書館的建設奠定了技術基礎。在進行研究和應用實驗的同時，還開始進行部分項目的建設，並本著“邊建設、邊服務”的原則，逐步實現在校園網上提供服務，如電子資源導航系統、學位論文提交與檢索系統、多媒體點播系統、古籍拓片示範數據庫檢索系統、北大名師檔案、教學參考書系統、網絡課程服務等。2006年建成北京大學數字圖書館門戶，將統壹檢索、統壹認證、資源調度與整合等各種新技術融入到數字圖書館建設當中。