宋元时期对于藏书非常重视，公、私藏书的兴盛，达到我国中世纪的高峰。
宋太祖建国之初，很注意收集图书，宋初皇室有书万余卷，到开宝年中由于对五代十国图书的征集，使朝廷藏书增至八万余卷。另外，宋太祖还广泛征集民间藏书，充实官藏。
太平兴国元年(976)宋太宗视察“史馆”、“昭文馆”、“集贤院”三馆馆址，见房屋简陋，地方潮湿，仅可遮雨挡风，感到对藏书和学者使用均不利，于是决定建“崇文院”，集中收藏三馆藏书。崇文院分六个书库，东廊为昭文书库，南廊为集贤书库，西廊有经、史、子、集四库。六库书籍包括正、副本八万卷。后太宗又下诏征集图书，公布缺书目录，收集公私新撰图书和政府出版物充实崇文院馆藏，至建成后十五年，太宗再到秘阁巡看，“观群书整齐，喜形于色”。真宗大中祥符八年(1015)，王宫失火，殃及崇文院，藏书大多被毁。
《宋史·艺文志》记载，宋代的藏书，太祖、太宗、真宗三朝，有图书三千三百二十七部，三万九千一百四十二卷；仁宗、英宗两朝有图书一千四百七十二部，八千四百四十六卷；神宗、哲宗、徽宗、钦宗四朝一千九百零六部，二万六千二百八十九卷。这些数字是独立计算的，不是累加的。而靖康之难，书籍损失惨重，“馆阁之储，荡然靡遗”。高宗建立南宋以后，经多方搜集，虽达到四万多卷，但仍只及北宋最盛时的四分之三。宁宗时藏书又增至九千八百一十九部，十一万九千九百多卷。
宋政府除重视藏书外，还注意图书的校雠和目录的编辑。仁宗时由张观等编四库书，仿唐《开元四部录》，修撰《崇文总目》，至庆历年由王尧臣等编成，共六十六卷。将书分四部四十五卷，每类都写有序，每部书则有提要，共著录图书三万零六百多卷。原书已亡佚，现行五卷本《崇文总目》是辑自《永乐大典》等书。
南宋高宗时也积极组织人员整理图书，编修书目。孝宗淳熙五年(1178)陈骙等人仿《崇文书目》编次《中兴馆阁书目》，凡七十卷，又序例一卷，共著录图书四万四千多卷。宁宗时，书籍增多，秘书丞张攀等人编修《中兴馆阁续书目》，宁宗嘉定十三年书成，凡三十卷，著录藏书一万四千多卷。两部书目合计近六万余卷，较北宋《崇文总目》所载数量还多。这两部目录后来亡佚，目前所见有赵士炜辑的《中兴馆阁书目辑考》、《中兴馆阁续书考》可供查找。
宋代印刷术的发展和广泛应用，图书数量大增，私人藏书远超过前代，出现了一批私人藏书家。著名的金石学家赵明诚和女词人李清照夫妇，穷搜苦访二十年，到赵明诚去世时，虽经战火，尚存金石刻词二千卷和图书二万余卷。叶梦得苦心经营数十年，藏书达十万余卷。另外还有晁公武、王铚、郑樵、尤褒等。
两宋的私人藏书家还编修了不少私家目录，其中有书名可考的达30余种。宋尤袤的《遂初堂书目》，是我国现存最早的私人藏书目录之一，开目录著录版本的先例。另外最受后人称道的是晁公武的《郡斋读书志》和陈振孙的《直斋书录解题》。《郡斋读书志》全书分经、史、子、集四部，四十五类，每类有序称为“总论”。每个小类形式上无序，但实际上在每类的第一部书的提要里，大都叙述了学术源流。书名之后注明作者生平、书籍内容大要。共著录书籍一千九百三十七部，是我国现存最早的一部附有提要的私家书目。《直斋书录解题》全书分五十三类著录，虽无经史子集之名，但仍按四部法分类。在五十三个类目中，仅九类有小序。对每部书除了书名外，还著录卷数、作者姓名、官职、书的学术渊源或版本类别。在“解题”中，或记古书的款式和版刻，或说明善本书获得经过；既记载印本，也著录抄本、拓本。共著录图录五万余卷，全面反映出南宋以前的图书情况，开创了书目使用解题的先例。
在中国目录学史上，郑樵作出了很大贡献。他对我国古典目录学作了比较系统的总结，提出了“类例”的概念，指出了图书分类的重要性，认为“类例已分，学术自明”，“类例不明，图书失纪”。他创立了三级类目的新分类体系，针对汉唐两代两级类目的分类体系，鉴于宋代图书事业的空前发展，独创新的分类体系，包括十二类、百家、三百七十二种。这种三级分类体系，在我国目录学发展史上具有重要地位。对于著录方法，提出“通录”历代和当代的图书；“记亡”即编次时要记亡佚的书；“求全”即求其全录，不得遗漏。只有这样，目录才能究学术本末，使学者易学，求者易求。在总结历代图书散亡的原因时，指出搜访图书的必要性。在《通志》中系统提出了“求书八法”：即类以求，旁类以求，因地以求，因家以求，求之公，求之私，因人以求，因代以求。“求书八法”被后世藏书家奉为圭臬。郑樵在具体分析了亡书的各种情况后提出了辑佚的理论原则，开了辑佚工作的先河，对后世产生了很大影响。
元朝早在1236年就在平阳设立经籍所编集经史。攻下杭州以后，便将南宋的官印书局及各中央机关、江南各郡图籍及书版全部运往北方，使元政府藏书大增，当时藏书处所如奎章阁、崇文院等藏书都很丰富。元代藏书虽丰富，但由于皇室不注意管理藏书，也没有组织校勘整理，故质量不佳，且利用也不够，仅编成宋、辽、金三史，没有再编其他大部头的丛书、类书。