La Bibliothèque diocésaine a une histoire longue de plus de trois siècles. A deux reprises elle a dû renaître de ses cendres, après la Révolution et après la Séparation des Églises et de l'État.
Depuis 1966, elle est aménagée dans un mobilier moderne.
Elle comporte environ 60.000 ouvrages.

On y trouve un fonds de disciplines religieuses : théologie, écriture sainte, droit canonique, histoire des religions, mais aussi des ouvrages de culture générale : philosophie, histoire, art et littératures. Dotée d'ouvrages anciens, elle recèle des incunables, des ouvrages d'érudition publiés sous l'Ancien Régime et le 19ème siècle comme les patrologies, les Acta sanctorum, le recueil des historiens de la Gaule et de la France. Sont rassemblées ici des études sur l'histoire régionale, en particulier concernant la Cathédrale et l'histoire des paroisses et du clergé d'Eure-et-Loir. On peut consulter :
    - les grands dictionnaires de Théologie catholique, de la Bible, de Spiritualité, de droit canonique, d'Histoire et de Géographie ecclésiastique, etc.
    - les collections actuelles : Unam sanctam, Théologie, Cogitatio fidei, Sources chrétiennes et les ouvrages récemment publiés.

La section des revues compte environ 300 titres, certaines définitivement closes, d'autres incomplètes et une vingtaine en cours de publication suivies par abonnement.

Dans les fonds des manuscrits se trouvent juxtaposés des livres liturgiques du 16ème siècle, des collections de sermons des 18ème au 20ème siècles et aussi des notes d'érudits : Clerval, Boudet, Bouard. Très précieuses sont les notes du chanoine Delaporte sur les manuscrits liturgiques de Chartres détruits dans le bombardement de la Bibliothèque municipale le 26 mai 1944.

Le fonds iconographique s'accroît par des legs variés :

• Popesco : photographies du Second Empire (Le Secq, Marville, Berthier, etc.)

• Houvet : sculptures de la Cathédrale ; Delaporte : vitraux ; Michon : diapositives en couleurs de la Cathédrale.

Cette Bibliothèque peu connue dans Chartres est cependant ouverte au public, elle a pour but d'offrir des éléments de culture dans divers domaines dont certains très spécifiques.