La sala, lunga 54 m, dispone di scaffalature in legno pregiato, disegnate da Herrera, e di uno sfarzoso soffitto dipinto da Tibaldi. Filippo II vi aveva riunito oltre 10 000 volumi ma molti sono spariti nell'incendio del 1671 e durante le guerre napoleoniche. Oggi, questa biblioteca pubblica comprende più di 40 000 volumi (insolitamente disposti con il dorso verso l'interno) e circa 2700 manoscritti (dal V al XVIII sec.). Le vetrine centrali, sistemate su tavoli di marmo, racchiudono alcuni preziosi manoscritti, come ad esempio un Beatus dell'XI sec.