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温州市图书馆的前身为温属六县公共图书馆，又名籀园图书馆，其建立于1919年5月，是为了纪念孙诒让而建设的。在[[抗日战争]]时期，温州市图书馆多次[[组织]]员工将珍、善本图书及版片转移至山区，以躲过战火。图书馆在1950年6月改名为温州市图书馆，1953年5月迁入沧河巷新馆址。后在1955年正式更名为温州市图书馆。在[[文化大革命]]时期，温州市图书馆曾被迫闭馆数年。1973年，温州市图书馆迁至位于县前头的新建馆舍。由于原馆舍较小，在1998年，温州市图书馆迁至了府学巷新馆址（即今温州市少年儿童图书馆馆址）。2005年12月，温州市图书馆搬迁至市府路馆舍。2018年5月对馆舍进行了升级改造，并于2019年第二季度重新向公众开放 <ref>[https://www.sohu.com/a/323014300_120065933 温州市图书馆将于7月1日正式开馆 各楼层开放时间表记得收藏 ]，搜狐，2019-06-25 </ref> 。

温州市图书馆位于市府路506号的现用馆舍启用于2005年12月，并于2018年重新装修。管内共有7层，一层为图书馆食堂与新开辟的低幼文献借阅室；二层为少儿文献借阅室、总服务台、自助还书机、小[[剧场]]与展览厅；三层为社科文献借阅室、籀园学堂及母婴室；四层为社科文献借阅室、品读区、参考文献阅览室和视力障碍读者服务区；五层为科技文献借阅室、报刊[[阅览室]]和温州方言馆；六层为新[[媒体]]阅览区、阅秀区、放映室、[[电子]]阅览室、讨论室、[[音乐]]客厅、音乐欣赏区、视听资料外借区、录音室以及采编部；七层为[[古籍]]地方文献阅览室及“温州学”文献中心。图书馆西侧一层还设有24小时城市书房 <ref>[https://www.sohu.com/a/128638973_114731 温州市图书馆：24小时不打烊的城市书房 ]，搜狐，2017-03-13 </ref> 。