La bibliothèque historique des Archives municipales est aménagée dans la salle de lecture des Archives. Ce vaste espace a été édifié à partir de 1740 pour accueillir les Elus des Etats de la Province de Bourgogne. La bibliothèque des archives est riche de plus de 7 000 volumes de références consacrés à l'histoire de Dijon et de la Bourgogne. Elle a été constituée essentiellement grâce à des dons. Les volumes les plus anciens datent du 17ème siècle.
Le Musée archéologique de Dijon était à l’origine le Musée de la Commission départementale des Antiquités, créée en 1831 sous le nom de Commission des Antiquités du département de la Côte-d’Or. En 1930, ces collections provenant de l'ensemble de la Côte-d'Or sont définitivement transférées dans le Dortoir des Bénédictins, aile principale de l’ancienne abbaye bénédictine Saint-Bénigne, au nord de l’actuelle cathédrale de Dijon. Le musée est municipal depuis 1955, il conserve le mobilier issu des fouilles archéologiques de la Préhistoire au Moyen-Age. La bibliothèque dispose d'un espace spécifique depuis 1988, accessible aux chercheurs et étudiants sur rendez-vous. Son fonds spécialisé est constitué d'ouvrages (4000), de périodiques (18 abonnements) et de nombreuses brochures et littérature grise.
La bibliothèque-centre de documentation des musées de la vie bourguignonne Perrin de Puycousin et d'art sacré, créée en 1984 lors de l’installation du musée dans le cloître du monastère des Bernardines, est un outil précieux pour l’inventaire des collections. En 1993, le musée d’art sacré est rattaché au musée de la vie bourguignonne, le fonds devient alors commun aux 2 musées. Il est constitué d’ouvrages, d’archives, de dossiers documentaires sur les aspects variés de l’ethnologie en Bourgogne (costumes, fêtes...), sur la vie commerciale et industrielle à Dijon aux 19e et 20e siècles et sur l’art sacré. Il est complété par une riche documentation photographique (clichés des œuvres, muséographie...) et une collection de films documentaires.
La médiathèque du conservatoire à rayonnement régional Jean-Philippe Rameau, un lieu dédié au spectacle vivant, possède, à côté d’un fonds ancien des 17e et 18e siècles comprenant 1 000 volumes, plus de 50 000 partitions, 2000 livres, ainsi que des revues sur les arts de la scène et les arts plastiques . Elle propose en outre une collection de 3 200 disques-compacts, 300 DVD et l’accès au site de musique en ligne Naxos, en consultation libre et gratuite. Deux postes permettent de se connecter à Internet.
L'origine de la bibliothèque du Musée des Beaux-Arts de Dijon remonte à 1783, avant même la création du Muséum en 1787, lorsque la Ville attribue une subvention annuelle à l'école de dessin, fondée en 1766 par François Devosge dans le palais des États, pour l'acquisition d'ouvrages d'art. Depuis lors le fonds n'a cessé de s'accroître par achats et par échanges (plus de 700 monographies par an au cours de ces dernières années) et, à l'occasion, avec des legs dont celui, en 1986, de Pierre Granville qui est le plus important. Cependant malgré son ancienneté et ses richesses, la bibliothèque tient une place souvent méconnue au sein du musée : service interne elle est un instrument de travail pour le personnel, espace ouvert au public, elle est un lieu d'information, de documentation et de recherche.