La sala de lectura de la biblioteca ocupa uno de los antiguos claustros del Colegio Convento de D.ª María de Aragón. Bajo la presidencia del marqués de Barzanallana se hizo una reestructuración y la sala actual es fruto de la intervención del arquitecto Emilio Rodriguez de Ayuso en 1882, convirtiendo el espacio en una sala de lectura de estilo neogótico inglés, inspirándose en la fachada del Palacio de Westminster.

La sala está iluminada por lucernarios, presenta una planta rectangular y tiene un piso superior al que se accede a través de unas escaleras de tipo helicoidal situadas en esquinas opuestas. Una de las características más novedosas fue el uso del hierro forjado para construir las vitrinas y toda la ornamentación y también el facistol central, todo ello realizado por el rejero Bernardo Asins.

La biblioteca del Senado destaca por su fondo bibliográfico que reúne más de 340.000 volúmenes de una amplia y variada temática no solo parlamentaria. A su vez, también colecciona revistas y reúne una rica hemeroteca.

Destacamos del fondo bibliográfico los bienes incautados de la biblioteca del Infante Carlos Mª Isidro, entre los que sobresalen nueve de los diez incunables con los que cuenta actualmente la Biblioteca. Uno de los más destacados es el Liber Chronicarum de Hartmann Schedel y el libro más antiguo es de 1470, Compendiosa Historia Hispánica de Rodrigo Sánchez de Arévalo, obispo de Zamora; y entre las obras del siglo XVI está la Gramática de Antonio de Nebrija y una edición de 1502 de Epístolas de Seneca.

El s. XVIII está representado, entre otras obras, por la primera edición de la Enciclopedia francesa de Diderot y D´Alembert, obras de arte como los grabados de ruinas arquitectónicas y Caprichos de Giambattista Piranesi o el Atlas de la Península Ibérica y de las posesiones españolas de ultramar obra de Tomás López.

En la sección de Hemeroteca se guardan ejemplares de los periódicos más representativos del siglo XIX y primer tercio del XX. Publicaciones nacionales como El Imparcial, El Globo, el Sol y diarios extranjeros como Le Figaro, Le Temps e incluso prensa del s. XVIII como el Mercurio histórico y político.