詩史館是中軸線上的第三座也是主要建築，是杜甫草堂紀念祠的中心建築。杜甫留下的1400多首詩真實而生動地展現了“安史之亂”前後唐朝的社會生活圖景，反映了唐朝由盛到衰的歷史。由於杜甫的詩真實而深刻地反映了唐朝由盛到衰的歷史，素有“以詩證史，以詩補史”之稱，故有“詩史”之稱，建築也因此而得名。
詩史館的東西兩側，分別是成都著名民間藝人蔡的泥塑，東面是杜甫，西面是李白。李和杜童是唐代最傑出的詩人，被郭沫若譽為“中國詩歌史上的雙子星”。雖然他們的創作道路不同——杜甫註重現實，李白極其浪漫，但這並不妨礙他們成為真誠的朋友。