Ayasofya`nın güneyindeki iki payanda arasında yer alır. Türk yapı ve süsleme sanatının ilgi çekici bir eseridir. 1739 yılında I. Sultan Mahmud tarafından yaptırılmıştır. Kütüphane, okuma salonu, Hazine-i Kütüb (kitapların korunduğu oda) ve bu iki bölümün arasındaki koridordan oluşur. Okuma odası, Ayasofya ana mekânından başlıkları baklava dilimli altı sütunun taşıdığı bir camekân ve bunu örten tunç şebeke ile ayrılır. Kütüphaneye girişi sağlayan iki kanatlı kapı da çiçek ve kıvrık dallarla süslü tunç şebeke ile kaplıdır ve "Ya Fettah" oymalı iki kulpu vardır. Okuma odasının duvarları çini ve yazı frizleriyle bezenmiştir. Kapının karşısındaki duvarda Sultan I. Mahmud`un yeşil çinilerle bordürlenmiş somakiden tuğrası yer almaktadır. Okuma odası ile Hazine-i Kütüb`ü birleştiren koridor, çiçek, gül, karanfil, lale, servi motiflerinin görüldüğü çini panolarla bezelidir. Bu panolar renk ve şekil bakımından eşsizdir. Hazine-i Kütüb 4 sütun ve bir seki ile birbirinden ayrılan iki mekândan oluşur. Birinci bölüm kubbe, diğeri aynalı tonozla örtülüdür. Kubbe sekiz köşeli bir kasnağa oturtulmuştur. Bu bölümün ortasına ahşap kitap dolabı yerleştirilmiştir. Koridordan bu bölüme girilen kapının iç tarafında Sultan I. Mahmud`un tuğrası ve bunun üstünde 15 beyitlik yapım kitabesi vardır ve şiirin sonuna h. 1152 (1739) tarihi eklenmiştir. Kubbe kasnağını siyah zemine sarı celî ile yazılmış bir yazı, duvarları ise kırmızı zemine altın yaldız talik bir yazı frizi süslemektedir. Ahşap kitap dolabını, kırmızı zemine altın yaldızı, talik yazı ile yazılmış, son beytinde yapım tarihi belirtilen Arapça bir kaside çevrelemektedir. Bu bölümde de duvarlar çiniyle bezelidir. Kütüphanede 16-17-18. yüzyıllara ait İznik, Kütahya, Tekfur Sarayı çinileri bir arada kullanılmıştır. Hazine-i Kütüb`deki 16. yüzyıl İznik çinileriyle, koridorda aynı yüzyıla ait bahar açmış çiçek dalları kompozisyonu Türk çini sanatının en güzel örnekleridir. Kütüphane tamamlandıktan sonra Sultan I. Mahmud Galata Saray-ı Humayun`daki kitapları buraya göndermiş, ayrıca Topkapı Sarayı Hazine-i Humayun`undaki değerli kitapları da, kendi mühürü ile mühürletip buraya vakfetmiştir. Şeyhülislâm Sadettin Efendi ve devlet ileri gelenlerinin de vakfettiği kitaplar vardır. Kütüphanede yaklaşık 5000 el yazma kitap bulunuyordu. Bu kitaplar, 1969 yılında Süleymaniye Kütüphanesi`ne taşınmıştır.