Тернопільську обласну універсальну наукову бібліотеку засновано 15 листопада 1939 року на базі націоналізованих радянською владою місцевих бібліотек українських, польських, єврейських громадських товариств, а саме: «Просвіти», Towarzystva shkoły ludowej, Єврейського товариства ім. Й. Перля та приватних колекцій окремих осіб. Це була перша державна книгозбірня на території області.

Обласній бібліотеці для дорослих виділили спеціальне приміщення на вулиці Леваневського, 7, окрім того, вона мала дві філії — на вулицях Міцкевича, 1 та Червоноармійській, 18.

Книгозбірня розпочала свою роботу зі штатом 23 працівники. До послуг читачів були абонемент та читальний зал, функціонували також відділи: обробки та комплектування книг, бібліографічний, спецфонду й методичний кабінет.

Цікавим є той факт, що книжковий фонд за мовною ознакою розподілявся таким чином: 10% книг — українською, 4% — єврейською, 84% — польською й 2% — іншими мовами.

Відкрита для безкоштовного користування документами бібліотека налічувала 35 тис. книг. Фонд книгозбірні розвивався за підтримки бібліотечних установ тодішнього Радянського Союзу. Зокрема, з Вінницької області надійшло 3714 примірників книг. Одеська обласна бібліотека подарувала 20 тис. примірників видань. Наприкінці 1940 року фонд книгозбірні налічував уже майже 100 тис. творів друку, 6 тис. читачів, 250—300 відвідувань щодня.

Першим директором бібліотеки стала Світлана Садовська. У різні роки колектив книгозбірні очолювали: Анатолій Ольшанський, Павло Карабаш, Марія Миргородська, Іван Гаркавий, Михайло Бей, Надія Черпитяк.

У роки Другої світової війни приміщення та книжкові фонди було знищено. У червні 1942 року діяльність бібліотеки припинено.

Обласна книгозбірня відновила свою роботу у вересні 1944 року (згідно з Постановою РНК СРСР № 1114 від 16.09.1944 року) в м. Чорткові зі штатом 19 працівників, де тимчасово перебував обласний центр.

У жовтні 1944 року почав працювати читальний зал, а від грудня того ж року — абонемент.

Облік перших примірників видань, як етап формування книжкового фонду, започатковано в 1944 році. Про це свідчать записи в окремих інвентарних книгах абонементу й читального залу. Надходження було ідеологічної спрямованості, військово-історичної та виробничої тематики. На 1 січня 1945 року фонд книгозбірні налічував 15 тис. примірників документів. Література надходила з Держлітфонду та бібліотечного колектора.

У серпні 1946 року бібліотеку з кількістю 27 тис. примірників видань повернуто до м. Тернополя та розміщено в невеличкому приміщенні на вулиці Островського, 56. Книгозбірня складалася з одного читального залу, кімнати — відділу абонементу та коридору, облаштованого під книгосховище. У вересні 1946 року відновлено роботу методичного кабінету, а в жовтні — бібліографічного відділу.

17 серпня 1966 року Тернопільській обласній бібліотеці для дорослих присвоєно ім’я відомого на той час державного та партійного діяча В. П. Затонського. Це звання вона носила до 1991 року.

У 1967 році фонд книгозбірні нараховував 317 тис. примірників книг. Поточне комплектування, у тому числі й передплата періодичних видань, здійснювалося за зведеним координаційним планом, відповідно до зонального та економічно-промислового профілю області. Збільшувався відсоток краєзнавчих видань, наукової літератури.

Того ж року започатковано видання бібліографічного покажчика «Література про Тернопільську область за … рік», який став своєрідним літописом життя краю, та бібліографічного посібника «Календар знаменних і пам’ятних дат по Тернопільській області на … рік». Вони швидко завоювали популярність серед краєзнавців, науковців, працівників освіти.

У 1969 році створено обмінно-резервний фонд із довідковим апаратом: систематичним каталогом і картотекою виконаних замовлень. Його зібрання поповнювалося дублетною та непрофільною літературою, що передавалася з бібліотек міста.

У 1960—1969 роках загальний обсяг фонду бібліотеки зріс на 42%, упродовж 1969—1971 років — на 30%. На початку 80-х років становив 431 тис. примірників. Розширення функцій процесу комплектування стало передумовою створення в січні 1971 року відділу комплектування.

У 1984 році Тернопільській обласній універсальній бібліотеці присвоєно статус наукової, відповідно до наказу Міністерства культури Української РСР № 1004 від 09.11.1983 року «Про затвердження типового Статуту і примірної структури державної обласної універсальної наукової бібліотеки». Заразом надано право в пріоритетному обслуговуванні окремих груп читачів: науковців, фахівців промислового та сільськогосподарського виробництва, державного апарату, працівників освіти, культури, частково студентів. Усе це призвело до необхідності зміни й удосконалення структури книгозбірні, поліпшення змісту обслуговування. Було створено нові відділи: технічної літератури, літератури іноземними мовами, літератури з мистецтва, інформації з питань культури і мистецтва.

Пожвавилась робота з придбанням місцевої книжкової продукції. Від 1989 року надходження обласного безкоштовного примірника стало системним.

Від 1991 року, згідно з розпорядженням виконавчого комітету Тернопільської міської ради народних депутатів № 470 від 22.11.1991 року —Тернопільська державна обласна універсальна наукова бібліотека. А від 2002 року, відповідно до розпорядження міського голови № 1334 від 12.12.2002 року — Тернопільська обласна універсальна наукова бібліотека.

У січні 1991 року сформовано відділ краєзнавчої літератури та бібліографії. Урізноманітнився перелік джерел комплектування. Восени 1993 року бібліотека вперше отримала книжкову продукцію з діаспорних центрів — унікальні документи, за якими вивчалася невідома історія України.

У 1993 році настав новий етап у розвитку каталогів і картотек, створено електронний каталог. Розпочалася комп’ютеризація бібліотечних процесів, створено локальну мережу з одного сервера та трьох ПК. В автоматизованому режимі здійснюється комплектування фонду, обробка й каталогізація нових надходжень книг та періодичних видань.

У 1996 році бібліотека вперше отримала доступ до інтернету, реалізувавши проєкт Міжнародного фонду «Відродження» з підключення обласних бібліотек до електронної пошти.

Вересень 2000 року увійшов в історію ТОУНБ як рік створення сектору автоматизації бібліотечних процесів. Того ж року за підтримки місцевої влади та ТОВ «СТАР СОФТ» дирекцією книгозбірні реалізовано проєкт зі створення Інтернет-центру з двома робочими місцями для користувачів.

Від 2001 року книгозбірня брала активну участь у різноманітних проєктах та співпрацювала з Посольством США в Україні, Міжнародним фондом «Відродження», Радою міжнародних наукових досліджень та обмінів (IREX), модернізувалася структура бібліотеки, упроваджувалися нові інформаційні технології.

Результатом перемоги в конкурсі проєктів відділу преси, освіти та культури Посольства США в Україні «Інтернет для читачів публічних бібліотек (LEAP)» було відкриття у 2001 році Інтернет-центру з п’ятьма робочими місцями. Відвідувачі книгозбірні отримали можливість безкоштовно користуватися інтернетом.

У 2002 році завдяки участі в конкурсі серед публічних бібліотек України «LEAP-plus» cтворено перший серед закладів культури області власний вебсайт Тернопільської ОУНБ (www.library.te.ua), який став новітнім каналом доступу до електронних ресурсів та сервісів. Від 2003 року Електронний каталог знайшов своє відображення на сайті ТОУНБ.

Від вересня 2003 року на базі відділу літератури іноземними мовами діє інформаційно-ресурсний центр «Вікно в Америку», створений за сприяння відділу преси, освіти та культури Посольства США в Україні. Організований за зразком американської публічної бібліотеки, використовує у своїй роботі техніку, мультимедійне обладнання та впроваджує нові форми роботи з користувачами.

Від 2004 року функціонує автоматизована бібліотечна система «IРБIC», завдяки якій створюється база даних «Електронна картотека статей». Книгозбірня стала учасником створення Центральноукраїнського кооперативного каталогу, який діє на базі Кіровоградської ОУНБ.

У червні того ж року створено Регіональний інформаційний центр та Регіональний інформаційний портал «Тернопільщина» у мережі інтернет (www.irp.te.ua) за спільним проєктом Міністерства культури України та Міжнародного фонду «Відродження». Станом на 01.01.2020 року загальна кількість записів становила — 4799; користувачів — 60 124; сеансів — 79 704; переглядів — 117 017. Середній показник щоденного відвідування — 211 осіб. За підтримки даного фонду у 2009 році створено Центр європейської інформації.

Реалізація спільних із Посольством США в Україні проєктів «Інтернет для читачів публічних бібліотек» (LEAP, LEAP-plus, LEAP-Дельта) вивели Тернопільщину в лідери за кількістю безкоштовних інтернет-центрів у бібліотеках (15). У травні 2005 року область було обрано базою для проведення Всеукраїнського семінару-навчальної поїздки «Проєкт «LEAP: підвищення ролі бібліотек у житті місцевої громади».

У 2006 році сектор автоматизації реорганізовано у відділ автоматизації та механізації бібліотечних процесів, який працює над подальшою автоматизацією, забезпечує технічне обслуговування локальної мережі ТОУНБ, яка сьогодні об’єднує 72 комп’ютери, підтримує діяльність Інтернет-центру, вебсайту.

Започатковано Електронний краєзнавчий каталог (ЕКК) (програмне забезпечення «ІРБІС»).

У 2007 році — участь у проєкті «Консорціум «Історична Волинь», учасники якого — обласні універсальні наукові бібліотеки, краєзнавчі музеї та архіви Рівного, Житомира, Луцька, Тернополя, Хмельницького. Створено електронну бібліотеку «Історична Волинь», яка представлена в мережі інтернет.

У 2010 році у співпраці з Радою міжнародних наукових досліджень та обмінів (IREX) та в рамках програми «Бібліоміст» створено Регіональний навчальний центр із десяти робочих місць із безкоштовним доступом до Всесвітньої мережі.

Вагомим досягненням книгозбірні є створення у 2011 році Електронної бібліотеки краєзнавчих видань Тернопільської області — корпоративного проєкту повнотекстових електронних краєзнавчих документів із вільним доступом для користувачів у мережі інтернет. На сьогодні в ній розміщено 849 документів.

На новому етапі знаходиться й довідково-бібліографічне обслуговування. Використання електронних інформаційних ресурсів розширило інформаційну базу для виконання всіх типів бібліографічних довідок: тематичних, адресно-бібліографічних, уточнюючих бібліографічних та фактографічних. Створено віртуальну довідкову службу, орієнтовану на обслуговування віддалених користувачів і надання у відповідь на запити готової інформації як у вигляді бібліографічних списків та фактографічних даних, так і посилань на наявні ресурси інтернету.

Від 2018 року впроваджено нову національну АБІС «УФД/Бібліотека» (версія 3) та започатковано Зведений електронний каталог публічних бібліотек Тернопільської області (ЗвЕК ПБТО). Для унеможливлення втрати унікальних даних книгозбірня продовжує підтримувати актуальним е-каталог ТОУНБ на АБІС «ІРБІС».

Сьогодні відділ обробки літератури та організації каталогів працює з традиційними та електронними каталогами. Загальний обсяг баз даних, які генерує бібліотека, станом на 01.01.2020 року — 544 тис. записів, у тому числі в Електронному каталозі — 169,3 тис. Ними користуються понад 73 тис. осіб. Щорічно збільшується кількість звернень до бібліотечної сторінки і становить 280—306 тис.

У 2019 році запроваджено автоматизоване обслуговування користувачів книгозбірні та видається електронний пластиковий читацький квиток.

Сьогодні Тернопільська обласна універсальна наукова бібліотека — це головний заклад у сфері бібліотечно-інформаційного обслуговування населення регіону, науково-дослідний, методичний, координаційний центр бібліотек різних систем і відомств, обласне книгосховище, депозитарій краєзнавчої літератури, центр книгообміну та міжбібліотечного абонементу.

Будівля, у якій міститься бібліотека, належить до архітектурного комплексу туристичної частини міста, має загальну площу приміщень 1214 кв. м. 21% площі призначений для здійснення обслуговування користувачів.

Щорічно тут отримують бібліотечно-інформаційні послуги понад 21 тис. осіб, котрим видається близько півмільйона творів друку.

Фонд документів Тернопільської ОУНБ — універсальний і на 01.01.2020 р. нараховував 494,3 тис. примірників видань, у тому числі: книжок і брошур — 402,7 тис. примірників, журналів і газет — 88,7 тис. примірників, аудіовізуальних й електронних видань  — понад 5 тис. примірників.

Кадровий потенціал книгозбірні — 68 бібліотечних працівників, з них 62 — з вищою освітою.

Крім основних, користувачам надаються додаткові послуги, це: користування міжбібліотечним абонементом (пересилання документів), електронна доставка документів, формування бібліографічних списків для курсових, дипломних та наукових робіт, каталогів для особистих бібліотек і підприємств, установ та організацій; ксерокопіювання, сканування.

Ведеться значна довідково-інформаційна та видавнича діяльність. Установа розвивається як один із кращих в Україні регіональних центрів краєзнавчої бібліографії.

Справжніми мистецькими енциклопедіями стали бібліографічні покажчики «Театральна Тернопільщина» (2002), «Музична Тернопільщина» (2008), «Мистці Тернопільщини» (2015), котрі вийшли друком у бібліографічній серії «Тернопільщина мистецька» та вперше об’єднали великий масив інформації з історії театру й розвитку музичного та образотворчого мистецтва краю ( див. на сайті «Видання бібліотеки»).

Наукові бібліографічні доробки Тернопільської ОУНБ отримали визнання фахівців та перемогли в конкурсах Української бібліотечної асоціації «Бібліографічний посібник … року», зокрема: «Іван Огієнко: «Я все зробив, що міг зробити…» (2008), «Мистці Тернопільщини. Ч. 1. Образотворче мистецтво» (2016).

За рішенням членів Експертної ради II Всеукраїнського бібліотечного «Бібліографічного рейтингу — 2018», організованого Інститутом біографічних досліджень Національної бібліотеки України ім. В. І. Вернадського, відзначено дипломами I ступеня: у номінації «Збірник біобібліографічних матеріалів» — бібліографічний покажчик «Наукове товариство імені Шевченка і Тернопільщина (1873—1940): Історично-філософська секція: дійсні члени»; у номінації «Персональний покажчик» — бібліографічний покажчик «Я з Вами по всі дні і до кінця віку»: Блаженніший Патріарх Йосиф Сліпий (1892—1984)».

Провідний напрям у роботі установи — науково-методична допомога бібліотекам Тернопільщини. Це — пошук методичних рішень щодо збереження та модернізації бібліотечної системи області, аналіз діяльності централізованих бібліотечних систем та бібліотек громад, організація занять із підвищення кваліфікації кадрів, підготовка методичних рекомендацій, вивчення, узагальнення та пропаганда передового досвіду, надання допомоги бібліотекам на місцях, внесення пропозицій керівним органам щодо поліпшення змісту бібліотечної роботи, координація діяльності методичних центрів бібліотек інших видів.

Одним із досягнень бібліотеки є збільшення фонду україномовних видань за роки незалежності. Фонд сформований завдяки активній співпраці з Тернопільською обласною організацією Національної спілки письменників України, Тернопільським міським осередком Наукового товариства ім. Шевченка, Тернопільським обласним об’єднанням Всеукраїнського товариства «Просвіта» ім. Т. Шевченка, обласними краєзнавчим та художнім музеями, видавничими підприємствами України та регіону («Терно-граф», «Підручники і посібники», «Крок», «Астон», «Джура», «Навчальна книга — Богдан») іншими установами та громадськими організаціями. За 2019 рік 95% від нових надходжень до бібліотеки становить україномовне видання.

Підготовка та видання бібліографічної продукції, автоматизація бібліотечних процесів, поява нових соціокультурних проєктів, оновлений фасад книгозбірні, придбання комп’ютерної техніки — реальне свідчення діяльності на перспективу.

Спільними зусиллями держави, органів місцевого самоврядування, територіальних громад, благодійних організацій та колективу, очолюваного директором Вітенком Василем Івановичем (1993 по даний час), заслуженим працівником культури України, створено установу, яка є потужним центром на ринку інформаційних продуктів і послуг регіону, найбільш дієвою інституцією, яка покликана поширювати знання, забезпечувати вільний доступ громадян до вітчизняних та світових документальних ресурсів.