普陀图书馆前身系普陀县文化图书室，建于1953年8月。十年动乱期间，业务被迫停止，1976年10月重新恢复对外开放。1978年12月单独建制，成立普陀县图书馆，工作人员4名，馆舍面积180平方米（借文化馆房舍），藏书36044册。1982年，县人民政府投资25万元，兴建了当时全省县级馆屈指可数的900平方米的图书馆大楼，经1990年加层，建筑面积已增至1000多平方米。1987年随普陀县设区，改名为普陀图书馆。

几年来，普陀图书馆以优质的服务为工作先导，不断推动图书馆事业的改革和深入，各项工作呈上升的势头，获得了不少荣誉。1986年3月被文化厅评为图书馆工作先进集体；1990年2月在全国公共图书馆为社会主义精神文明建设作贡献先进文明评选中，受到文化部的表彰；1991年被文化部人事部评为全国文化工作先进集体；1989、1995年获省“文明图书馆”称号；1989、1990、1991年又连续三年被市委市政府命名为文明单位；1990年被市文化局评为艺术档案先进单位；1999、2003年都被文化部评定为二级公共图书馆。

新馆建设于2004年1月16日批复立项，2004年10月动工建设，2006年11月8日工程竣工初验。新馆建筑面积为3241·4平方米，于2007年11月2日正式开馆使用，地址位于东港海华路，目前，拥有持证读者近2700人。

2023年春节期间，普陀区图书馆云书房网上借书平台上线，只要手指点点，在家就能实现图书馆里的阅读自由。普陀区图书馆云书房首批上线可供借阅的书籍涵盖文学、历史、管理、经济、科学等几十种门类，逾五千册。凡持上海市中心图书馆“一卡通”读者证者可通过普陀区图书馆官方微信公众号进入“云书房”选择书籍。