Biblioteka genomowa (też: bank genów, bank genomowy) – zbiór nakładających się na siebie fragmentów DNA, które razem tworzą całość genomowego DNA danego organizmu.
DNA jest przechowywane w postaci identycznych wektorów, z których każdy zawiera inną . Aby skonstruować bibliotekę genomową, DNA organizmu jest izolowane z komórek, a następnie trawione enzymem restrykcyjnym w celu pocięcia na fragmenty o określonej wielkości. Fragmenty te są następnie wstawiane do wektora za pomocą ligazy DNA. Wektory te następnie wprowadza się do komórek bakteryjnych (np. bakterii Escherichia coli) – każda bakteria pobiera jeden wektor, a więc zawiera jeden fragment oryginalnego genomu. Taka bakteria, namnażając się, tworzy klon bakteryjny zawierający ten fragment. Tylko niektóre klony zawierają geny, część zawiera tylko fragmenty genów, większość sekwencje niekodujące. Fragmenty DNA niesione przez dwa klony mogą nakładać się na siebie, gdyż powstały przez losowe cięcie wielu kopii oryginalnego genomu. Biblioteka genomowa powinna być odpowiednio duża, aby prawdopodobieństwo, że każdy fragment oryginalnego genomu jest w niej obecny, wynosiło co najmniej 99%.