Il patrimonio complessivo della Biblioteca del Senato, composto di circa 700.000 volumi, è costituito da diverse raccolte che si sono sviluppate negli anni, sia attraverso acquisizioni mirate ad arricchire le collezioni di carattere storico, giuridico e politico caratteristiche della storia e delle funzioni della Biblioteca, sia attraverso generose donazioni di fondi di particolare pregio da parte di senatori e studiosi, sempre nel rispetto della fisionomia culturale della Biblioteca.

Il nucleo più consistente del patrimonio librario si trova alla collocazione Formato, che occupa circa 3.600 metri lineari di scaffalatura.

Le Collezioni, divise in italiane e straniere, comprendono oltre 3.000 serie di monografie italiane e 720 circa di collane straniere. Il fondo aveva inizialmente un carattere prevalentemente letterario e storico-filosofico, con una presenza importante di edizioni di scrittori greci e latini, soprattutto nelle serie più antiche. Di argomento giuridico sono invece le serie italiane pubblicate dalle facoltà universitarie giuridiche.

Molte collezioni italiane e straniere, soprattutto quelle di argomento storico, giuridico e di storia del pensiero politico, sono collocate nelle sale a scaffale aperto (per cui si rinvia alla sezione Servizi al pubblico e informazioni, sotto il paragrafo Distribuzione e consultazione).

La collezione contrassegnata dalla collocazione Direzione comprende la letteratura tecnica ad uso dei bibliotecari e a disposizione del pubblico: opere di biblioteconomia, bibliografia, documentazione, archivistica e alcuni dizionari di terminologia tecnica. Per la sua natura, la sezione è in costante aggiornamento.

Di particolare interesse è il fondo Guide, che riunisce un materiale piuttosto eterogeneo. Il denominatore comune 'guide', di tipo formale, raggruppa infatti antichi libri a stampa e libri di viaggio di recente edizione per complessive 1.700 unità. Nell'ambito della produzione letteraria dei secc. XVI-XVIII, le guide assumono fin dall'inizio caratteristiche specifiche che permettono di individuarle come genere a sé, che evolve rapidamente acquistando una dignità editoriale di grande interesse. Soprattutto a partire dal Seicento, questi libri si arricchiscono di immagini realizzate con tecniche sempre più selezionate. Questa ricchissima produzione mostra un duplice orientamento: alle guide di tipo umanistico-erudito degli aspetti storici e monumentali di una località (fra queste, ad esempio, le numerosissime guide di Roma antica), si affiancano le guide in cui viene privilegiato l'aspetto liturgico devozionale (guide alle chiese, ai monasteri ecc.). Attualmente è allo studio un progetto di integrazione della sezione più antica delle Guide nel fondo antico di Storia locale.

L'ampio settore dei periodici, giornali, pubblicazioni ufficiali, che costituisce una sezione particolarmente importante e pregiata del patrimonio della Biblioteca è descritto nella sezione dedicata.

Gli Atti accademici della Biblioteca possono essere considerati parte delle collezioni periodiche, ma si tratta di materiale bibliografico dotato di una specificità e di una caratterizzazione tali da richiedere una trattazione specifica. Tale sezione si compone di atti e pubblicazioni di circa 160 tra istituti accademici e Deputazioni di storia patria, tra cui ad esempio l'Accademia di scienze lettere e belle arti degli Zelanti e dei Dafnici di Acireale, l'Accademia Gioenia di scienze naturali di Catania, l'Accademia Peloritana dei Pericolanti di Messina, l'Accademia nazionale dei Lincei, la Deputazione veneta di storia patria e così via. Questo importante patrimonio si caratterizza per una copertura geografica che abbraccia quasi tutte le regioni italiane e offre, dunque, una privilegiata fonte di storia locale, data la ricchezza di studi sulla propria città o sui propri eroi locali di cui ogni singolo istituto si fa promotore.

Tutto il patrimonio posseduto dalla biblioteca, acquisito dal 1848 fino ad oggi, è consultabile attraverso il Catalogo del Polo bibliotecario parlamentare , con il quale si offre un unico strumento di accesso alle collezioni. Il catalogo è gestito, dal 2005, con il sistema Aleph 500.

Nel marzo 2013 si è infatti concluso il progetto di recupero in formato elettronico del Catalogo storico della Biblioteca del Senato, che precedentemente si presentava in formato cartaceo a schede o in formato digitalizzato che riproduceva le schede in formato immagine. Il recupero, realizzato mediante la trasposizione dei dati contenuti nelle 945.000 schede in un formato omogeneo al sistema ALEPH 500, è avvenuto prevalentemente tramite catalogazione derivata (recuperando cioè i dati da altre banche dati già in formato elettronico). Il progetto, studiato in modo da attingere al catalogo della Camera dei Deputati come prima fonte autorevole di derivazione dei record ha consentito di creare i presupposti per la massima integrazione tra le basi dati delle due biblioteche.

La Biblioteca del Senato utilizza un proprio Soggettario interno, cresciuto in un secolo e mezzo di storia, per rispondere sempre alle peculiari esigenze di una biblioteca parlamentare e di cultura storica, che è tuttora preferito al più generale soggettario della Biblioteca Nazionale Centrale di Firenze. Si rimanda, come esempio, alle voci di soggetto che più rispecchiano le peculiarità della Biblioteca: la voce Parlamento e le voci geografiche delle località che disciplinano il materiale relativo alla Storia locale.

Con cadenza bimestrale viene predisposta la pubblicazione Recenti accessioni della Biblioteca, nella quale vengono inserite, classificate per materia, le ultime acquisizioni.

Anche tutti i periodici e i giornali sono ricercabili mediante il catalogo corrente della Biblioteca.