С началом ХХ века (1900 г.) начались занятия в первом техническом вузе, открытом на территории Сибири и Дальнего Востока. Одновременно была открыта и библиотека — первая вузовская библиотека технического профиля за Уралом. В 1900 году ко времени открытия библиотеки ее фонд насчитывал 6 тыс. экз. и располагался в южном крыле главного корпуса на двух ярусах 1 этажа. В отчете ТТИ 1911 года в разделе «Библиотека» написано, что книги (уже 34 211 томов) занимали 540 саженей.

С 1925 года в библиотеку стал поступать обязательный экземпляр по профилю вуза. В 1934 году библиотеке присвоен статус Научно-техническая библиотека. В 1973 году, когда фонд уже насчитывал 1,3 млн. изданий, состоялся переезд в новое здание, построенное по индивидуальному проекту, где и располагается сегодня на пл. в 7,5 тыс. кв. м.

В 1988 г. библиотеке присвоено имя Владимира Афанасьевича Обручева, геолога, исследователя Сибири, основателя сибирской школы геологов, автора научно-фантастических произведений, первого декана геологического отделения ТТИ, дважды избиравшимся председателем Библиотечной комиссии.

Коллекции редких книг и книжных памятников — уникальная часть фонда библиотеки. В библиотеке собраны и бережно хранятся драгоценные памятники книжной культуры и науки 16 — 19 веков: издания Императорской академии наук 18 века, библиотека С.Н. Кулибина, правнука известного изобретателя И.П. Кулибина, прижизненные издания ученых М.В. Ломоносова, С.П. Крашенинникова, Л. Эйлера, К.Ф. Гаусса, Ж.Л. Лагранжа. К числу раритетов относится книга немецкого горного мастера и металлурга Лазаря Эркера «Описание всех важнейших рудных и горных производств» 1580 года издания. Это типичный образец книжного искусства конца 16 века. Книги с дарственными надписями выпускников ТПУ: первооткрывателя норильских руд Н.И. Урванцева, создателя Останкинской телебашни Н. В. Никитина, писателя-фантаста А.П. Казанцева и многих других.

Сегодня Научно-техническая библиотека Национального исследовательского Томского политехнического университета — это, прежде всего, интеллектуальное пространство, развитая система информационно-библиотечного обслуживания, выполняющая образовательную, научно-исследовательскую, культурно-просветительскую функции для обучения, науки, развития творчества, общения, культуры.

НТБ имеет сертифицированную систему менеджмента качества в соответствии в соответствии со стандартом ГОСТ Р ИСО 9001-2015. Политика качества направлена на непрерывное улучшение информационных и библиотечных услуг на основе эффективной обратной связи со своими пользователями.

Штат библиотеки состоит из 45 квалифицированных библиотекарей, библиографов, специалистов в области информационных технологий.

НТБ обслуживает всех студентов, преподавателей и сотрудников университета, а также сторонних пользователей из других вузов, учреждений и организаций города.

Сегодня библиотека предоставляет самые современные внутренние и мировые информационные ресурсы для образовательной и научной деятельности университета и использует в своей работе компьютерные технологии для совершенствования доступа к ним.

Библиотечный фонд составляет 2,3 млн изданий технического, естественнонаучного, гуманитарного, социально-экономического профиля. Фонд включает научную и учебную литературу, в том числе периодические издания, информационные и реферативные журналы на бумажных и электронных носителях, диссертации, авторефераты диссертаций, нормативно-техническую и патентную документацию, редкие книги и рукописи.

НТБ располагает богатой и постоянно растущей коллекцией материалов в цифровом формате (свыше 80 млн изданий).

Сайт библиотеки дает возможность заказать литературу из фондов НТБ через электронный каталог и проследить выполнение заказа, просмотреть реферативные журналы, воспользоваться ресурсами отечественных и зарубежных баз данных, использовать учебники и учебные пособия из электронных коллекций.

В разных зонах библиотеки предоставляется комплекс информационно-библиотечных услуг.

Все начинается с бюро регистрации. Здесь ведется база данных 19,5 тыс. пользователей библиотеки, выдаются и продлеваются читательские билеты. Здесь же работает межбиблиотечный абонемент, который ежегодно выполняет 2 тыс. запросов преподавателей и студентов из разных информационных центров России.

На абонементах библиотеки студенты и преподаватели получают книги на дом на срок от нескольких дней до одного учебного года.

Абонемент учебной литературы имеет фонды с наиболее востребованными изданиями и работает на базе книгохранилища, откуда книги поступают по заказу.

Абонемент художественной литературы имеет в открытом доступе 25 тысяч классических и современных отечественных и зарубежных изданий.

Читальные залы библиотеки — это пространство для самостоятельной работы. В каждом зале созданы комфортные условия для обучения.

В залах технической, гуманитарной и иностранной литературы предоставлена возможность работать с печатными книгами, журналами, справочными и информационными материалами, которые находятся в свободном доступе. Для изучения иностранных языков собрано 15 тыс. изданий, в том числе комплекты аутентичной литературы и аудио-видео материалы к ним известных мировых издательств. Все залы оборудованы местами для работы на компьютерах. 

Зал курсового и дипломного проектирования — это 70 автоматизированных рабочих мест с программным обеспечением для решения исследовательских и конструкторских задач. Это рабочие зоны индивидуальной и групповой проектной работы, набор современного технического оборудования для распечатки чертежей к курсовым и дипломным работам. Это книжный фонд нормативно-технической документации, доступ к электронной БД патентов. Это пространство также работает и пользуется большим спросом как Круглосуточный читальный зал.

В Центре информации и консультаций 40 посадочных мест обеспечивают ежегодный on-line доступ к 80 полнотекстовым и библиографическим базам данных, электронной библиотеке. Мощные компьютеры дают возможность самостоятельной работы с текстовыми и графическими редакторами и современными программами.

На всей территории НТБ работает wi-fi (сеть TPU Public )

НТБ является участником консорциумов НЭИКОН, Е-library, МИЦ, и благодаря этому, преподаватели и студенты университета используют сегодня большой объем электронных ресурсов консорциумов бесплатно.

Библиотека — популярное место встречи студентов и преподавателей университета. Регулярно проводятся выставки фоторабот и живописи, научно-образовательные и социокультурные мероприятия, что превращает библиотеку в культурный центр.
Более двухсот книжных, электронных выставок и экспозиций в год проводятся по актуальным учебным и научным направлениям, познавательной и досуговой тематике.