漢高祖劉邦七年(公元前200年)，在丞相蕭何的主持下建成未央宮。與此同時，在正殿北面修建三座藏書樓：石渠閣、天祿閣和麒麟閣，作為專用的皇家藏書樓。在這三座藏書樓建成後，蕭何將滅秦時在咸陽收得的秦代書籍置於其中，作為漢初第一批皇家圖書而入藏。所以後來“石渠”、“天祿”則成了皇家藏書的別稱。為了防火、防潮，在藏書樓中用石塊砌成“石室”，書櫃是用銅鑲邊的櫃子，稱之為“金匱”。
漢武帝時由於在全國廣泛徵集圖書，圖書增加很快，適應這一發展的需要，漢武帝進一步“建藏書之策，置寫書(指繕寫圖書)之官”，除了蕭何修建的石渠等三閣放置從咸陽收集的秦代藏書外，據《漢書·藝文志》引劉歆《七略》稱，當時藏書“外則有太常、太史、博士之藏，內則有延閣、廣內、秘室之府”。這說明：宮內在石渠、天祿、麒麟、延閣、廣內、秘室六處等有藏書；宮外主管禮制、修史、授學的太常、太史、博士等所在的機構也有藏書。不僅如此，西漢時期規定了御史大夫(副丞相)的助手御史中丞是既掌管監察，又管理圖書的主要官員。因此，御史官署所在地——蘭台也成為朝廷的另一個重要藏書處所了。
西漢時國家藏書的總數量，根據劉向父子校定編目的數字為13269篇卷，其中六藝類3123篇，諸子類4324篇，詩賦類1318篇，兵書類790篇，數術類(占卦)2528卷，方技類(醫藥)868卷，加上不同寫本與殘本就數量更大，多達33090卷。
西漢末年，發生王莽篡權，引起政治動亂，藏書受到很大損失。公元25年，劉秀取得政權，建立了東漢，定都洛陽。東漢初期的幾位皇帝，崇儒尚文，重視圖書收藏。據《後漢書·儒林列傳》記載，光武帝曾從長安運來書籍2000餘車，後經過明、章兩帝近30年的經營，國家藏書有了較大的增長，達到原有藏書的三倍，計有6000車圖書。這麼多的書籍，除收藏於東觀、蘭台、石室、仁壽閣等處外，還在宣明殿和辟雍(皇族讀書處)以及等處也藏有大量縑帛圖書。西漢時雖設有管理圖書的官員，如御史中丞、太常、太史等官職，但他們都是從事監察、禮賓與史官工作，只是兼管圖書。東漢桓帝劉志(公元147年—167年在位)設立秘書監，成為管理圖籍的專門機構，以後歷代各朝都設此機構(明、清除外)。東漢管理圖書的職官有蘭台令史、東觀郎、校書郎以及秘書監等，《漢書》的撰寫者班固當時任蘭台令史。正是有了專門性的圖書管理機構與專職官員，才使圖書管理與圖書整理工作走向正規化。
東漢國家藏書由於《後漢書》中沒有藝文志，所以很難得以精確地統計。清代的《補後漢書藝文志並考》對東漢圖書目錄記載分為內外篇，內篇有“六藝志”、“記傳志”、“子兵志”、“文翰志”、“數術志”、“方技志”；外篇為“道佛志”。其中章、篇、卷數可考者81章1790篇，2321卷；不可考者208部，佔全部藏書的絕大部分。儘管這是些大約的數字，從中也可看出東漢的藏書規模。
值得注意的是國家對藏書控制很嚴，除太常、太史、博士等官外，其他人員未經皇帝許可，不得私借、抄錄，否則給予嚴厲的製裁。西漢宣帝地節四年(公元前66年)太常蘇昌把國家藏書私借給大司馬霍山抄錄，為此蘇昌被罷官。漢成帝的叔父東平王劉宇上疏求書，遭到拒絕。拒絕的理由是因諸子等書反對經術，非難聖人；謀臣奇策以及天象災異、地形要塞也不宜諸侯王掌握。可見漢朝統治者所以十分嚴格控製圖書流通，是為鞏固其至高無上的皇權，以防諸侯王謀反。
至於民間私人藏書，至漢惠帝四年(公元前191年)朝廷正式解除挾書禁令後，才成為合法之事。在此之前，民間藏書都以隱匿形式保存，因此藏書者不多。
在兩漢，由於簡冊書寫與收藏不便，加上縑帛之書昂貴，故私人大量藏書者並不多，能夠大量收藏圖書的首先是有權和富有的諸侯王，比較著名的收藏者有淮南王劉安與河間獻王劉德。獻王曾步朝廷之後，向民間高價徵書，“從民得善書，必為好寫與之，留其真”，就是請人精抄一份，把正本留下，抄本歸還原主，於是四方人士紛紛獻書。獻王所得到的大都是古文先秦舊書，致使劉德的藏書與皇家藏書數量相差無幾。西漢的私人藏書家中有些是官宦學者，如劉向父子、班斿、卜圭，都有相當數量的藏書。東漢時最有名的藏書家是蔡邕(公元132—192年)，據史書記載，他是我國第一位藏書近萬卷的藏書家。
當時私人圖書來源主要有三種途徑：一是國家賜書，如西漢末班斿，東漢竇融都曾得到皇帝的賜書；二是私相授受，如蔡邕親自贈給王粲〔can燦〕“數千卷書籍”；三是由書店採購而來。隨著經濟文化發展，人們對書籍需求量增加，已出現專門買賣書籍的書肆。在西漢著名思想家揚雄(公元前53—後18年)的《法言·吾子》中已有“好書而不要諸仲尼，書肆也”的記載。 《後漢書》也說東漢著名思想家王充“家貧無書，常遊洛陽市肆，閱所賣書，一見輒能誦憶，遂博通眾流百家之言”。可見，漢代既有國家藏書，又有私人藏書。圖書既有典藏，又有流通；圖書來源既有贈賜，又有購買。那時藏書達到很高的水平。
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