北京交通大学图书馆创建于1909年，前身为铁路管理传习所资料室，随着历史的变迁，馆舍已有三代。

1917年，第一代馆舍位于市内李阁老胡同，面积小存书少，称图书室，即交通部铁路管理学校图书室。

1922年，交通大学北京学校改名为唐山大学分校，图书室更名为交通部唐山大学分校图书室。

1923年，交通部将唐山大学分校更名为北京交通大学，学校在校门东侧盖了一座两层小楼，书籍有所增加，图书室随学校改称北京交通大学图书馆。

1929—1938年，改为交通大学北平铁道管理学院图书馆，至1937年抗战前，藏书增至三万余册。

1938—1941年，抗日战争时期，学校南迁，图书馆藏书有较大散失。

抗战胜利后，1946年，学校迁回北平，图书馆也相继恢复，更名为国立北平铁道管理学院教务处图书馆。

1949年解放后，铁道部调拨平津铁路局、华北交通公司交通学院及关庚麟办私立铁路大学藏书若干册，图书馆规模有所扩大。

1950年，随校名易名为北方交通大学图书馆。

1951年，学校迁至现址，在明湖西侧建成第二代馆舍，面积为0·24万平方米。

1953年，京哈两院合并，馆舍增为0·41万平方米，馆藏增加到31万册。

20世纪90年代，开始进行图书馆自动化、网络化建设。

1993年以来，先后引进富士通ilis、丹诚dt1000图书馆集成管理系统，实现采访、编目、流通和公共查询的计算机管理。

1994年，新馆舍建成并投入使用，设有阅览座位1240余席，藏书容量120万册。

1995年后，相继开设光盘检索室和电子阅览室。

2000年，建立两个中文数据库镜像站，引进多个网络数据库。同时开发网络信息资源，扩大虚拟馆藏，开展文献传递、馆际互借，通过校园网为全校师生提供全方位、多层次的文献信息服务。

2003年，学校恢复使用北京交通大学校名，图书馆恢复现名北京交通大学图书馆。

2009年，图书馆引进了exlibris公司的又一个新产品digitool，实现对学校主要教学资源进行统一加工、管理、调度、发布，并实现与图书馆纸制资源的有效链接和整合。

2017年始，为实现基于学校科研成果信息管理的大数据分析与评价，展现教师的科研成就，图书馆推动北京交通大学学术信息数据支撑平台的建设与发展。

2018年6月27日，“北京交通大学知识产权信息服务中心”在图书馆揭牌，中心的成立为学校“双一流”建设提供重要支撑。