Tàng Thư Lâu được xây dựng vào năm Minh Mạng thứ 6 (1825). Công trình làm bằng gạch và đá gồm 2 tầng, tầng dưới 11 gian, tầng trên 7 gian 2 chái. Tổng thể kiến trúc Tàng Thư Lâu được thiết kế rất khoa học nhằm đáp ứng chức năng cất giữ và bảo quản các sổ sách văn bản, giấy tờ quan trọng của triều đình nhà Nguyễn, đặc biệt để đối phó với nước và lửa. Lầu nằm trên một hòn đảo hình chữ nhật ở giữa hồ Học Hải.
Dưới thời vua Gia Long và Minh Mạng, nơi đây lưu giữ 12.000 tập địa bạ. Trải qua thời gian và tác động của chiến tranh, di tích Tàng Thư Lâu bị hư hại, xuống cấp nghiêm trọng, không còn giữ chức năng nguyên thủy, tài liệu lưu trữ bị chuyển đi nhiều nơi ở trong nước và thất tán ra nước ngoài.
Trước tình hình đó, năm 2014, Trung tâm BTDT Cố đô Huế thực hiện dự án trùng tu Tàng Thư Lâu với kinh phí 24,8 tỷ đồng. Đến nay, di tích được phục hồi hoàn toàn và đưa vào hoạt động trở lại.
Ông Võ Lê Nhật, Giám đốc Trung tâm BTDT Cố đô Huế cho biết, hiện di tích Tàng Thư Lâu là nơi lưu trữ hơn 7.000 đầu sách và nhiều tư liệu quý gồm sách Hán Nôm, thư tịch cổ, các bộ chính sử do Quốc Sử Quán triều Nguyễn biên soạn, các công trình biên khảo về nhà Nguyễn và hơn 4.000 bức ảnh, tư liệu video.
Hiện tại các bản lưu kho, tích hợp lưu trữ tại Tàng Thư Lâu đều dưới dạng các file số hóa. Hầu hết nguồn tư liệu truyền bản này thuộc dạng độc bản nên có giá trị tư liệu lịch sử rất cao như hệ thống Châu bản, Địa bạ, Sắc phong, Đinh bạ… Khối tài liệu này được hình thành trong hoạt động quản lý của bộ máy chính quyền triều Nguyễn, phản ánh các khía cạnh của đời sống chính trị, kinh tế, văn hóa - xã hội và khoa học - kỹ thuật của đất nước trong những giai đoạn lịch sử nhất định.