Der frühesten Informationsquelle zufolge wurde die Bibliothek ursprünglich von Demetrius von Phaleron, einem Schüler des Aristoteles, unter der Herrschaft von Ptolemäus I. Soter (ca.367 v. Chr. - ca.283 v. Chr.) organisiert.
Die Bibliothek umfasste einen Peripatos (Spaziergang), Gärten, einen Raum für gemeinsame Mahlzeiten, einen Lesesaal, Hörsäle und Versammlungsräume. Die genaue Aufteilung ist jedoch nicht bekannt. Der Einfluss dieses Modells lässt sich auch heute noch an der Anordnung der Universitätsgelände ablesen. Von der Bibliothek selbst ist bekannt, dass sie über eine Abteilung für Erwerbungen (möglicherweise in der Nähe der Magazine oder zur Nutzung in der Nähe des Hafens gebaut) und eine Katalogisierungsabteilung verfügte. Der Saal enthielt Regale für die Sammlungen von Schriftrollen (wie die Bücher zu dieser Zeit auf Papyrusrollen), die als Bibliothekai (βιβλιοθῆκαι) bekannt waren. Es ging das Gerücht, dass in die Wand über den Regalen eine berühmte Inschrift eingemeißelt war: Der Ort der Heilung der Seele.
Sie war die erste bekannte Bibliothek, die eine ernstzunehmende Sammlung von Büchern von jenseits der Landesgrenzen zusammentrug. Die Bibliothek hatte den Auftrag, das gesamte Wissen der Welt zu sammeln. Sie tat dies im Rahmen eines aggressiven und finanziell gut ausgestatteten königlichen Mandats, das Reisen zu den Buchmessen von Rhodos und Athen sowie eine Politik beinhaltete, bei der die Bücher von jedem Schiff, das in den Hafen einlief, abgezogen wurden. Sie behielten die Originaltexte und fertigten Kopien an, die sie an ihre Besitzer zurückschickten. Alexandria begrüßte aufgrund seines künstlich angelegten bidirektionalen Hafens zwischen dem Festland und der Insel Pharos den Handel aus Ost und West und fand sich bald als internationale Drehscheibe für den Handel sowie als führender Hersteller von Papyrus und bald auch von Büchern wieder.
Die Bibliothek beherbergte auch eine Vielzahl internationaler Wissenschaftler. Die Bibliothek füllte ihre Stapel mit neuen Werken in Mathematik, Astronomie, Physik, Naturgeschichte und anderen Fächern. In der Bibliothek von Alexandria wurde die wissenschaftliche Methode erstmals konzipiert und in die Praxis umgesetzt, und ihre empirischen Standards wurden in ernsthafter Textkritik angewandt. Da ein und derselbe Text oft in mehreren verschiedenen Versionen vorlag, war die vergleichende Textkritik entscheidend für die Gewährleistung ihrer Genauigkeit. Einmal festgestellt, wurden dann Kopien für Gelehrte, Königshäuser und wohlhabende Bibliophile auf der ganzen Welt angefertigt, und dieser Handel brachte der Bibliothek Einnahmen. Die Herausgeber der Bibliothek von Alexandria sind vor allem für ihre Arbeit an homerischen Texten bekannt. Die berühmteren Redakteure trugen in der Regel auch den Titel eines Chefbibliothekars. Dazu gehörten unter anderem
- Zenodot (frühes drittes Jahrhundert v. Chr.)
- Callimachus, (frühes drittes Jahrhundert v. Chr.), der erste Bibliograph und Entwickler des Pinakes - des ersten Bibliothekskatalogs.
- Apollonius von Rhodos (Mitte des dritten Jahrhunderts v. Chr.)
- Eratosthenes (spätes drittes Jahrhundert v. Chr.)
- Aristophanes von Byzanz (frühes zweites Jahrhundert v. Chr.)
- Aristarchos von Samothraki (spätes zweites Jahrhundert v. Chr.).
- Euklid.
Bereits in der Antike berühmt, wurde die Sammlung der Bibliothek in späteren Jahren noch umfangreicher. Die Sammlung umfasste Papyrusrollen, und obwohl Pergamentcodices nach 300 v. Chr. vorwiegend als fortgeschritteneres Schreibmaterial verwendet wurden.
Ein einziges Schriftstück kann mehrere Schriftrollen belegen. König Ptolemäus II. Philadelphus (309-246 v. Chr.) soll 500.000 Schriftrollen als Ziel für die Bibliothek festgelegt haben. Mark Anton soll Kleopatra über 200.000 Schriftrollen (aus der großen Bibliothek von Pergamon) für die Bibliothek als Hochzeitsgeschenk gegeben haben. Carl Sagan gibt in seiner Serie "Kosmos" an, dass die Bibliothek fast eine Million Schriftrollen enthielt, obwohl andere Experten eine geringere Anzahl geschätzt haben. Kein Index der Bibliothek ist erhalten geblieben, und es ist nicht möglich, mit Sicherheit zu wissen, wie groß und vielfältig die Sammlung gewesen sein mag.
Eine vielleicht übertriebene Geschichte betrifft die Frage, wie die Sammlung der Bibliothek so groß geworden ist. Durch ein Dekret von Ptolemäus III. von Ägypten wurden alle Besucher der Stadt aufgefordert, alle Bücher und Schriftrollen abzugeben. Offizielle Schreiber kopierten diese Schriften dann rasch, wobei sich einige Kopien als so präzise erwiesen, dass die Originale in die Bibliothek gebracht und die Kopien an die ahnungslosen Besitzer ausgehändigt wurden. Dieser Prozess trug auch dazu bei, in der relativ neuen Stadt ein Reservoir an Büchern anzulegen.
Laut Galen ersuchte Ptolemäus III. die Athener um die Erlaubnis, die Originalschriften von Aischylos, Sophokles und Euripides auszuleihen, wofür die Athener die enorme Menge von fünfzehn Talenten als Garantie verlangten. Ptolemäus bezahlte gerne die Gebühr, behielt aber die Originalschriften für die Bibliothek.
Die Bibliotheca Alexandrina wurde 2002 in der Nähe des Standortes der alten Bibliothek eingeweiht.
