La sala, de 54 m de largo, posee estanterías de maderas preciosas diseñadas por Herrera y un techo pintado por Tibaldi. Felipe II llegó a reunir 10 000 volúmenes, muchos de los cuales se perdieron en el incendio de 1671 y durante la Guerra de la Independencia. Hoy, esta biblioteca pública conserva más de 40 000 libros (presentados curiosamente con el lomo hacia el interior) y unos 2 700 manuscritos de los ss. V a XVIII. Las vitrinas centrales encierran preciosos manuscritos, entre ellos un Beato del s. XI.