W chwili wybuchu II wojny światowej biblioteka posiadała ok. miliona jednostek zbiorów. W 1940 r. połączono biblioteki: Narodową, Uniwersytecką i Ordynacji Krasińskich tworząc Staatsbibliothek Warschau. W czasie okupacji Biblioteka nielegalnie udostępniała swoje zbiory tajnym uniwersytetom: Warszawskiemu i Poznańskiemu.
Tuż po wojnie działalność Biblioteki skupiała się głównie na rewindykacji swoich zbiorów oraz na przejmowaniu księgozbiorów porzuconych, głównie poniemieckich, oraz księgozbiorów podworskich.
W 1990 r. rząd Tadeusza Mazowieckiego podjął decyzję, aby dochody z wynajmu gmachu byłego KC PZPR przeznaczyć na budowę nowej siedziby Biblioteki.
Do czasu wybudowania nowego gmachu Biblioteka mieściła się w znajdującym się w kampusie centralnym UW przy Krakowskim Przedmieściu 26/28. Mniejsze oddziały mieściły się m.in. w pałacu Tyszkiewiczów-Potockich (dyrekcja, część zbiorów specjalnych), w budynku św. Rocha na tzw. Małym Dziedzińcu (Czytelnia Czasopism), w pałacu Zamoyskich na Nowym Świecie (Wypożyczalnia Księgozbioru Dydaktycznego) oraz w budynku na ul. Żwirki i Wigury (Oddział Zbiorów Muzycznych).
W 1993 r. rozpisano konkurs architektoniczny na nowy gmach Biblioteki. Pierwszą nagrodę oraz wskazanie do realizacji uzyskał projekt architektów Marka Budzyńskiego i .