宋元時期對於藏書非常重視，公、私藏書的興盛，達到我國中世紀的高峰。
宋太祖建國之初，很注意收集圖書，宋初皇室有書萬餘卷，到開寶年中由於對五代十國圖書的徵集，使朝廷藏書增至八萬餘卷。另外，宋太祖還廣泛徵集民間藏書，充實官藏。
太平興國元年(976)宋太宗視察“史館”、“昭文館”、“集賢院”三館館址，見房屋簡陋，地方潮濕，僅可遮雨擋風，感到對藏書和學者使用均不利，於是決定建“崇文院”，集中收藏三館藏書。崇文院分六個書庫，東廊為昭文書庫，南廊為集賢書庫，西廊有經、史、子、集四庫。六庫書籍包括正、副本八萬卷。後太宗又下詔徵集圖書，公佈缺書目錄，收集公私新撰圖書和政府出版物充實崇文院館藏，至建成後十五年，太宗再到秘閣巡看，“觀群書整齊，喜形於色”。真宗大中祥符八年(1015)，王宮失火，殃及崇文院，藏書大多被毀。
《宋史·藝文志》記載，宋代的藏書，太祖、太宗、真宗三朝，有圖書三千三百二十七部，三萬九千一百四十二卷；仁宗、英宗兩朝有圖書一千四百七十二部，八千四百四十六卷；神宗、哲宗、徽宗、欽宗四朝一千九百零六部，二萬六千二百八十九卷。這些數字是獨立計算的，不是累加的。而靖康之難，書籍損失慘重，“館閣之儲，蕩然靡遺”。高宗建立南宋以後，經多方蒐集，雖達到四萬多卷，但仍隻及北宋最盛時的四分之三。寧宗時藏書又增至九千八百一十九部，十一萬九千九百多卷。
宋政府除重視藏書外，還注意圖書的校讎和目錄的編輯。仁宗時由張觀等編四庫書，仿唐《開元四部錄》，修撰《崇文總目》，至慶曆年由王堯臣等編成，共六十六卷。將書分四部四十五卷，每類都寫有序，每部書則有提要，共著錄圖書三萬零六百多卷。原書已亡佚，現行五卷本《崇文總目》是輯自《永樂大典》等書。
南宋高宗時也積極組織人員整理圖書，編修書目。孝宗淳熙五年(1178)陳騤等人仿《崇文書目》編次《中興館閣書目》，凡七十卷，又序例一卷，共著錄圖書四萬四千多卷。寧宗時，書籍增多，秘書丞張攀等人編修《中興館閣續書目》，寧宗嘉定十三年書成，凡三十卷，著錄藏書一萬四千多卷。兩部書目合計近六萬餘卷，較北宋《崇文總目》所載數量還多。這兩部目錄後來亡佚，目前所見有趙士煒輯的《中興館閣書目輯考》、《中興館閣續書考》可供查找。
宋代印刷術的發展和廣泛應用，圖書數量大增，私人藏書遠超過前代，出現了一批私人藏書家。著名的金石學家趙明誠和女詞人李清照夫婦，窮搜苦訪二十年，到趙明誠去世時，雖經戰火，尚存金石刻詞二千捲和圖書二萬餘卷。葉夢得苦心經營數十年，藏書達十萬餘卷。另外還有晁公武、王銍、鄭樵、尤褒等。
兩宋的私人藏書家還編修了不少私家目錄，其中有書名可考的達30餘種。宋尤袤的《遂初堂書目》，是我國現存最早的私人藏書目錄之一，開目錄著錄版本的先例。另外最受後人稱道的是晁公武的《郡齋讀書志》和陳振孫的《直齋書錄解題》。 《郡齋讀書志》全書分經、史、子、集四部，四十五類，每類有序稱為“總論”。每個小類形式上無序，但實際上在每類的第一部書的提要裡，大都敘述了學術源流。書名之後註明作者生平、書籍內容大要。共著錄書籍一千九百三十七部，是我國現存最早的一部附有提要的私家書目。 《直齋書錄解題》全書分五十三類著錄，雖無經史子集之名，但仍按四部法分類。在五十三個類目中，僅九類有小序。對每部書除了書名外，還著錄卷數、作者姓名、官職、書的學術淵源或版本類別。在“解題”中，或記古書的款式和版刻，或說明善本書獲得經過；既記載印本，也著錄抄本、拓本。共著錄圖錄五萬餘卷，全面反映出南宋以前的圖書情況，開創了書目使用解題的先例。
在中國目錄學史上，鄭樵作出了很大貢獻。他對我國古典目錄學作了比較系統的總結，提出了“類例”的概念，指出了圖書分類的重要性，認為“類例已分，學術自明”，“類例不明，圖書失紀”。他創立了三級類目的新分類體系，針對漢唐兩代兩級類目的分類體系，鑑於宋代圖書事業的空前發展，獨創新的分類體系，包括十二類、百家、三百七十二種。這種三級分類體系，在我國目錄學發展史上具有重要地位。對於著錄方法，提出“通錄”歷代和當代的圖書；“記亡”即編次時要記亡佚的書；“求全”即求其全錄，不得遺漏。只有這樣，目錄才能究學術本末，使學者易學，求者易求。在總結歷代圖書散亡的原因時，指出搜訪圖書的必要性。在《通志》中系統提出了“求書八法”：即類以求，旁類以求，因地以求，因家以求，求之公，求之私，因人以求，因代以求。 “求書八法”被後世藏書家奉為圭臬。鄭樵在具體分析了亡書的各種情況後提出了輯佚的理論原則，開了輯佚工作的先河，對後世產生了很大影響。
元朝早在1236年就在平陽設立經籍所編集經史。攻下杭州以後，便將南宋的官印書局及各中央機關、江南各郡圖籍及書版全部運往北方，使元政府藏書大增，當時藏書處所如奎章閣、崇文院等藏書都很豐富。元代藏書雖豐富，但由於皇室不注意管理藏書，也沒有組織校勘整理，故質量不佳，且利用也不夠，僅編成宋、遼、金三史，沒有再編其他大部頭的叢書、類書。