公元前221年，秦統一了中國，建立了中國第一個中央集權的封建王朝。秦始皇在兼併六國時，收繳了各國的大批圖籍運往咸陽宮收藏。秦代有比較完整的藏書機構，藏書處叫做石室，置放書冊的櫃子稱為金匱，秦始皇還任命張蒼為專門掌管書籍典藏等工作的御史。由於秦代宮內石室的藏書是各國典籍的總匯，因此其數量遠遠超過周王室藏室的藏書，也是戰國時期其他六國所不能比擬的。與此同時，由於受戰國時期諸子百家自由爭鳴的影響，私家藏書更為普遍。
秦始皇統一中國後，實行統一文字，廢止原來六國各自通行的互有差異的古文，把在秦國文字基礎上製定的小篆，作為標準字體。在此同時，社會上流行隸書，使文字的書寫簡便易行。由於統一了文字和簡化了書寫，克服了書寫與傳播的障礙，書籍大量增加。
秦始皇三十四年(公元前213年)，在一次宮廷宴會上，博士淳于越稱道古代分封制的優點並建議秦始皇效法古制。秦始皇遂讓眾臣商討，丞相李斯提出由於時代的變遷不能因襲古代的製度和措施，認為那些讀過古書的人，往往對皇帝的決定持不同意見，借古非今，有損人主的威信。因此他建議將史官所藏不屬於秦國所記的歷史書籍都要燒掉；《詩》、、除博士官收藏者外，私人所藏一律都要交地方官燒掉；有敢談論《詩》、的，處死；以過去的事例非議當前政治的，殺全族；焚書令到達30天后，不依照命令燒書的，將其臉上刺上字併罰築長城勞役四年。只有醫藥、卜筮〔shi氏〕和的書籍不在禁毀之列。另外，對私人講學進行限制，提出如果有人想研習法令者，必須以官吏為師。秦始皇同意了李斯的建議，下令全國焚書。焚書的第二年，即公元前212年，秦始皇發現有人議論他。他認為這是惡意誹謗，嚴加追查，把以侯生和盧生為首的儒生與方士460人全部活埋。這就是歷史上的“焚書坑儒”。
“焚書坑儒”顯然是加強封建主義思想專制的一項嚴厲的措施，極大地影響了文化的發展，是對中國文化的踐踏與摧殘，對於古代藏書事業來說，則是一次空前的浩劫。
秦始皇、李斯等人以為，只要下一道命令，就可以把他們認為應該燒掉的書全部燒掉，事實並非如此。焚書令頒布後，不少人進行抵制，他們把書籍藏匿起來，或藏於山中，或埋於地下，或把書砌於牆壁之中。據史書記載，最著名的藏匿書籍的事有二起：一起是濟南一個叫伏生的秦代博士，把手頭的《尚書》藏在牆壁中。漢文帝時伏生已經90歲了，他把藏在牆壁內的《尚書》取了出來，發現書簡已損失了大半，只剩下28篇，就用漢朝通行的文字抄出，這部《尚書》與後來發現的藏在孔子宅壁中的《尚書》不同，故稱今文《尚書》。另一起就是孔子的九世孫孔鮒(約公元前264—前208年)將《尚書》、《禮記》、、《孝經》等書密藏於孔子宅壁中。到了漢武帝末年，魯恭王劉餘為擴充王宮，拆孔子住宅時，發現了這批藏書。由於這批書都是用秦以前的大篆寫的，被稱為古文《尚書》。
秦始皇焚書令下達不過三年多，即公元前209年，終於爆發了陳勝、吳廣領導的農民起義。公元前207年農曆十月，劉邦進入咸陽，他的很多將領紛紛搜尋財物，唯有蕭何收取了秦丞相府和御史府掌管的戶籍、地理等圖籍與檔案，而將其他文獻和書籍暫時封存。同年農曆十二月，項羽率軍攻入關中，縱火焚燒咸陽秦宮，大火三月不熄，使秦代皇家大量藏書化為灰燼。秦始皇與項羽在六年的時間裡先後放了兩把火，把中華民族遠古至秦的大量典籍付之一炬，造成了文化史上永遠不可彌補的損失。
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