秦始皇焚书后不到两年，就爆发了中国历史上第一次大规模的农民起义，推翻了秦王朝的统治。战争继续发展，尽管当刘邦攻入咸阳时，萧何尽收秦王朝的律令文书，但项羽在阿房宫的一把大火几乎将留下的典籍焚烧殆尽。
汉朝建立初期，为了安定社会秩序，恢复和发展生产，由萧何、张苍、叔孙通等编纂了有关律令、礼仪、历法等方面的官书。然而禁书令依然存在。直到汉惠帝四年(前191)才正式取消禁书令，使民间藏书成为合法。同时民间的学术文化气氛逐渐浓了起来。民间藏在山洞、墙壁中的书籍开始陆续出现，私人著述也不断问世，书籍也不断增加。
汉武帝时(前140～前87)，第一次由政府下令在全国征集图书。《汉书·艺文志·序》载：“汉兴，改秦之制，大收篇籍，广开献书之路。”汉武帝时“建藏书之策，置写书之官，下及诸子传说皆充秘府”。设置“太史公”，命天下计簿之书先上太史，副上丞相。元朔五年(前124)下令，丞相公孙弘设法多方面收集图书，建筑了藏书的馆舍，置抄写图书的官吏，图书不断充实，总数达三万三千零九十卷。为了适应高度集权的统一的中央王朝国家的需要，汉武帝把思想、文化、教育工作提到议事日程，接受了董仲舒“罢黜百家，独尊儒术”的建议，加强了对思想、文化、教育的控制。他采取了一系列措施，尊崇儒家学说，设置五经博士，以儒家的经典教育人民，使儒家学说成为代表最高统治者的正统思想，成为封建社会的精神支柱。
成帝时，又命陈农为使，在全国范围内收集图书，使汉代藏书极为丰富。但由于古代图书主要书写在简策上，贮藏时间久了自然容易散乱残缺，因此成帝在命人收集图书的同时又下令进行校理，由刘向主持开始了我国历史上第一次由政府组织进行的古籍整理工作。
刘向首先把简册整编好，除去重复，相互补充，确定篇章和它的名目及先后次序，然后校正文字；对没有书名或书名重的，还要命定书名，最后抄写成定本。校定一本书后，再撰写一篇叙录，说明本书撰者的生平事迹，全书内容大意及校对、缮写情况等，奏请成帝过目。刘向又将各书的叙录汇编成书，名为《别录》，这是一部国家藏书的提要汇编。经过二十年时间，刘向终于完成了校书整理工作，一共整理了一万三千二百六十九卷。刘向去世后，这一工作由其子刘歆继任。刘歆根据刘向编的叙录汇总起来，编成了第一部图书分类目录——《七略》。《七略》将西汉政府藏书分为“六艺”、“诸子”、“诗赋”、“兵书”、“术数”、“方技”六略(大类)，其下又分成若干小类，如六艺略分为易、书、诗、礼、乐、春秋、论语、孝经、小学九种。六略各有大序，三十八个小类各有小序，分别阐述大、小类目的意义和学术源流、派别，叫做“辑略”，置于六略之前，以阐明六略的相互关系和书的用途，成为“六略之总最”。《别录》、《七略》到唐代就亡散了，但它的基本概貌被保留在东汉班固(32～92)所著的《汉书·艺文志》里。
刘向、刘歆父子的主要贡献在于，他们在科学地校理古代文化典籍的基础上，开拓了我国校雠学和目录学领域，他们所创立的分类体系奠定了封建时期图书分类的基础，对以后近两千年的封建社会图书分类和编目工作产生了极大影响。
两汉的藏书，在王莽末年的战乱中又遭受到一次摧残。正如隋代牛弘所称，是中国图书的“二厄”，即第二次厄运。东汉光武帝刘秀统一中国时，宫廷尚存少量藏书，经过一番搜集整理，至迁都洛阳时有书二千车。后来又经明帝、章帝几十年的大力搜集，才使国家藏书的石室、兰台得到充实，后又在东观和仁寿阁集藏新书，由校书郎班固、傅毅等掌管编目。
东汉官府藏书充实以后，沿着西汉的旧例不断派员清理校点图书。据记载，汉明帝时有班固、贾逵等在东观校书。汉安帝时，刘珍、马融等曾校书，蔡伦监典其事。汉顺帝时，伏无忌与黄景曾校书。汉灵帝时，蔡邕等曾在东观、兰台校书。他们的校书活动，都涉及官府藏书的各部类图书，并重新整理出定本，以作为儒生的标准读物。著名的《熹平石经》就是蔡邕校书的成果之一。但到汉末，由于统治阶级内部矛盾的尖锐，农民起义风起云涌，军阀割据，连年战乱，使西汉以来建立的国家图书再遭严重损失。特别是汉献帝初年，董卓奉献帝从洛阳迁都回长安，道途中典章文籍大量流失。隋代牛弘称此为我国图书史上第三次厄运。
东汉时期私人藏书也相当多。汉惠帝解禁书令后，使民间藏书得以合法，因此，私人藏书极为普遍。刘向校书时曾利用许多由私人藏书提供的本子。而东汉蔡邕有更多的私人藏书，蔡文姬回答曹操说：“昔亡父赐书四千余卷”(《汉书·列女传》)，足见其所藏之丰。
由于政治文化环境稳定，图书需求量增大，西汉末年就开始出现“书肆”，出现了图书的买卖。《后汉书·王充传》说，王充(27～97)游洛阳书肆，阅所卖书，一阅就能诵忆，可见那时已有抄卖图书的店铺了。