В 1930 году была открыта фундаментальная сельскохозяйственная библиотека, призванная обеспечивать удовлетворение информационных потребностей входящих в академию коллективов. Фонд ее в то время насчитывал около одной тысячи томов. В июле 1930 года Народным Комиссариатом земледелия СССР было принято Постановление об организации Всесоюзной сельскохозяйственной библиотеки (ВСХБ). Объединенный фонд указанных в Постановлении библиотек составлял около 23 тыс. томов. С этого времени масштабы деятельности библиотеки неуклонно расширялись. Увеличивался штатный состав. Серьезное внимание уделялось как текущему комплектованию фондов, так и ретроспективному. Все большее развитие получала библиографическая работа, формировался справочно-поисковый аппарат библиотеки, внедрялись разнообразные формы обслуживания читателей. В 1934 году библиотека получила новый статус - была признана научным учреждением и стала именоваться Центральной научной сельскохозяйственной библиотекой ВАСХНИЛ. Немаловажным фактором для расширения деятельности ЦНСХБ явилось и преобразование в ее филиал Фундаментальной сельскохозяйственной библиотеки Ленинграда, организованной на базе библиотеки Департамента земледелия дореволюционной России (основанной в 1838 году). Редкий по своему составу фонд филиала с 1934 года способствовал расширению деятельности ЦНСХБ по наиболее полному удовлетворению информационных запросов ученых и специалистов сельского хозяйства. К этому периоду относится организация индивидуального и межбиблиотечного абонементов, внедрение различных форм массовой информации - выставок, читательских конференций и т.д. Бурно растет международный документообмен: около 600 учреждений из 80 стран мира стали партнерами ЦНСХБ по книгообменным связям. Началась планомерная работа по созданию справочно-поискового аппарата к фондам библиотеки, и в том числе организация комплексно-системного каталога - каталога особого типа, объединившего в себе свойства предметного и систематического каталога всех видов и типов документов. Все шире развивается информационно-библиографическая деятельность ЦНСХБ, которая вскоре становится центром библиографической информации по сельскому хозяйству в стране. Дальнейшее развитие деятельности ЦНСХБ было прервано войной.

В 1941 году библиотека вместе с академией эвакуируется в Омск. Вывезены были наиболее ценные фонды, с которыми уехала и часть сотрудников. Оставшиеся фонды были размещены в разных районах Москвы. В 1943 году библиотека реэвакуировалась в Москву, однако отсутствие помещения, которое было занято для военных нужд, разбросанность фондов, перебои в комплектовании текущей литературы и многое другое, естественно, тормозили ее развитие. И даже в этих трудных условиях библиотека продолжала работать.

В 1946 году Президиумом Академии было утверждено новое Положение о ЦНСХБ, по которому на нее возлагались функции методического и библиографического центра для сельскохозяйственных библиотек системы ВАСХНИЛ. В 1948 году ЦНСХБ выпустила в свет первый номер систематического текущего указателя "Сельскохозяйственная литература СССР" (ныне "Сельскохозяйственная литература"), который в дальнейшем стал выполнять функции регистрационного издания, а с 1954 года - систематический аннотированный указатель иностранной литературы "Сельское хозяйство". К началу 60-х годов в ЦНСХБ сложилась стройная система централизованного библиографического информирования (ЦБИ), включавшая в себя комплекс текущих, ретроспективных, рекомендательных указателей. Интересной формой информационного обслуживания стал выпуск аннотированной картотеки централизованной библиографической информации. Это библиографическое карточное издание получило широкое признание, т.к. выпускалось на базе входного документального потока ЦНСХБ, тиражировалось тематическими сериями и использовалось для построения каталогов в сельскохозяйственных библиотеках страны. С его помощью ЦНСХБ осуществляла функции головного органа централизованной каталогизации и классификации литературы по сельскому хозяйству в стране.

70-е годы характеризовались развитием научно-исследовательской и методической работы ЦНСХБ. К этому периоду относится ряд научных исследований, предпринятых библиотекой самостоятельно и в содружестве с другими крупными библиотеками. По их результатам разработано несколько научно-методических документов, регламентирующих работу различных направлений деятельности ЦНСХБ и библиотек сети. Знаменательным рубежом в жизни библиотеки явился переезд в 1971 году в новое девятиэтажное здание. К этому времени библиотека располагала уже почти 2,5 млн. документным фондом по сельскому хозяйству и смежным с ним отраслям знаний, а штат ее составлял 300 человек. Читальные залы библиотеки, рассчитанные на 400 мест, и оборудованное современной техникой книгохранилище открыли новые возможности. Все активнее развиваются международные связи библиотеки. Укрепляется ее научно-техническое сотрудничество с зарубежными странами, развивается ее деятельность в рамках международных организаций, членом которых она является. Международный документообмен охватывает более 1200 учреждений и организаций и занимает ведущее место среди основных источников комплектования фонда иностранной литературы. 80-е годы ознаменовались значительным продвижением страны по пути создания единой государственной автоматизированной системы научно-технической информации (ГАСНТИ СССР), связывающей все отраслевые и ведомственные АСНТИ в единое целое. Вместе с Всесоюзным научно-исследовательским институтом технико-экономических исследований по сельскому хозяйству (ныне НИИТЭИагропром) ЦНСХБ в качестве головного органа возглавила единую систему НТИ АПК (ЕС НТИ Агропром), стала главным генератором отраслевой документографической базы данных по сельскому хозяйству "АСНТИсельхоз", в формировании которой участвовали (на единой технической, программной и лингвистической основе) крупнейшие библиотеки и органы информации АПК страны.

После распада СССР рухнула и ГАСНТИ СССР, и ее отраслевые подсистемы, как и другие научные, информационные, библиотечные сети всесоюзного масштаба. Библиотека училась в новых условиях т.н. "перестроечной экономики" работать по-новому. Деидеологизация работы, раскрытие фондов ограниченного доступа, докомплектование фонда документами и трудами репрессированных ученых, расширение круга услуг за счет платежеспособного потребительского спроса, техническое перевооружение, переход на компьютерные информационные технологии - вот основные направления работы библиотеки в 90-е годы. Изменились содержание и формы научно-методического руководства сетью сельскохозяйственных библиотек, координации их библиографической и научной работы, формы межбиблиотечного взаимодействия и сотрудничества. ЦНСХБ перешла в ведомственное подчинение Российской академии сельскохозяйственных наук, сохранив за собой статус всероссийского центра сельскохозяйственной библиографии, международного документообмена и развивая статус информационного центра. ЦНСХБ приобрела значительно большую хозяйственную самостоятельность, обогатила свои фонды документами по пищевой промышленности за счет присоединения в 1996 году Центральной научно-технической библиотеки пищевой промышленности, умножила свои библиографические ресурсы, приобретая мировые сельскохозяйственные базы данных на СD-ROM и создавая свои собственные. Библиотека активно работает в федеральных программах по включению российских библиотек в мировое информационное пространство ("Libnet", "Libweb", "Российские библиотеки в Интернет" и др.). С 1996 года ЦНСХБ начала издавать ежеквартальный реферативный журнал "Ветеринария", с 1998 года - "Экологическая безопасность в АПК". и "Пищевая и перерабатывающая промышленность". К 2004 году в число ежеквартальных реферативных журналов вошли "Экономика сельского хозяйства", "Инженерно-техническое обеспечение АПК". В связи с реорганизацией Россельхозакадемии с 2014 года Научная библиотека передана в ведение Федерального агентства научных организаций (далее – ФАНО России), а затем Министерству науки и высшего образования Российской Федерации. Учредителем и собственником имущества Научной библиотеки является Российская Федерация. Функции и полномочия учредителя Научной библиотеки от имени Российской Федерации выполняет Министерство науки и высшего образования Российской Федерации. В настоящее время ФГБНУ ЦНСХБ, являясь научной библиотекой, выполняет все функции отраслевой национальной библиотеки России и в этом качестве предоставляет широкий спектр информационных услуг, гарантирующих права пользователя на свободный доступ к информации и научным знаниям.