Alla Biblioteca fanno capo anche importanti collezioni archivistiche, tra cui ricordiamo: il Fondo Pompeo Castelfranco (1870-1913 circa), l'Archivio della Consulta del Museo Patrio di Archeologia (1862-1903), il Fondo di Corrispondenza extra-ufficio del Gabinetto Numismatico di Brera (1805-1851), il Fondo Zanetti-Bellati (secoli XVI-XVIII), il fondo di Corrispondenza tra Gaetano Cattaneo ed Enrico Sanclemente (1810-1814), il Fondo Achille Vogliano (1933-1952), il Fondo Carlo Taverna (secoli XIX-XX), il Fondo Luigi Vassalli (secolo XIX), il Carteggio Cattaneo-Sestini-Zardetti (1811-1831) ed altri in corso di riordino, catalogazione e studio.
2) La Biblioteca d'Arte, che ha origine alla fine del secolo XIX è un centro di raccolta e consultazione di bibliografia e documenti inerenti la storia dell'arte e le arti applicate, soprattutto di Milano e della Lombardia, con funzioni di supporto per i Musei civici di arte e archeologia. Tra il 1890 e il 1900 si realizzò la ristrutturazione del Castello Sforzesco ad opera di Luca Beltrami, che lo progettò come illustre contenitore di raccolte artistiche, biblioteche e archivi pervenuti all'amministrazione comunale di Milano, nel corso degli anni, a seguito di acquisti, doni, o depositi statali. La Biblioteca d'Arte venne aperta alla consultazione del pubblico negli anni Trenta del Novecento e segnalata nel censimento delle Istituzioni culturali di Milano, pubblicato da Mario Casalini nel 1937, come dotata di un patrimonio di "oltre 10.000 volumi e 3.500 opuscoli d'arte consultabili dal pubblico". Dopo la morte di Luca Beltrami, avvenuta a Roma nel 1933, i suoi materiali di studio e di lavoro - libri, opuscoli, fotografie, disegni, corrispondenza ed altri manoscritti - furono divisi tra gli eredi e il Comune di Milano, purtroppo con alcune dispersioni. La civica amministrazione suddivise la raccolta di sua pertinenza, con qualche contaminazione, tra Istituti culturali diversi: i disegni furono affidati alle Raccolte d'Arte; le fotografie (con alcuni manoscritti collegati) vennero assegnate all'Archivio Fotografico; i manoscritti, i libri, gli opuscoli, i dattiloscritti e gli altri materiali d'archivio furono suddivisi tra la Biblioteca d'Arte e l'Ente Raccolta Vinciana.
Inizialmente focalizzata sulla documentazione bibliografica relativa alla storia del Castello e delle sue collezioni, a partire dal secondo dopoguerra la Biblioteca d'Arte iniziò progressivamente ad estendere il suo orizzonte di interesse, sia dal punto di vista territoriale, che rispetto agli ambiti documentati: non solo arte e arti applicate, ma anche museologia, museografia, grafica, design, moda, arti visive in genere.
Oggi la Biblioteca d'Arte è dotata di una vasta raccolta di cataloghi di mostre, monografie di artisti, cataloghi d'arte, testi di critica d'arte, fondi antichi e rari, fondi speciali. Tra questi ultimi si colloca un interessante nucleo di libri d'artista, con opere - fra gli altri - di Clerici, Kandinsky e De Chirico. Tra i cataloghi di mostre e manifestazioni, si segnalano quelli relativi alle Esposizioni Nazionali di Belle Arti del 1910, del 1914 e del 1916, i cataloghi delle mostre annuali della Società per le Belle Arti ed Esposizione Permanente (1895-1939), i volumi editi in occasione di tutte le più significative esposizioni del '900 organizzate dai grandi Musei e i cataloghi -spesso rarità a tiratura limitata- che documentano l'attività svolta dalle Gallerie d'arte minori per la valorizzazione della cultura territoriale.
Il patrimonio ammonta attualmente a circa 100.000 volumi, con un aumento costante di circa 2000 unità inventariali all'anno, provenienti da acquisti, scambi bibliografici e donazioni.
Tra queste ultime si segnalano le importanti donazioni di Marco Valsecchi (947 volumi che documentano, in particolare, l'opera di artisti contemporanei, come le monografie dedicate a Sassu, Brindisi, Segal, Sutherland, Burri, Tapis, Consagra), di Wart Arslan e di Gian Alberto Dell'Acqua. Nella sede decentrata dell'Emeroteca sono consultabili circa 1500 testate di riviste d'arte (di cui 330 correnti) e collezioni seriali, su supporto sia cartaceo che elettronico. La Biblioteca d'Arte possiede un fondo antico composto da alcune migliaia di edizioni dal XV al XIX secolo, tra le quali 39 Cinquecentine e 95 Seicentine e un nucleo di edizioni rare, tra cui una cospicua serie di Atlanti d'arte in-folio dei secoli XVII-XIX (545 dei quali pubblicati), dai contenuti più vari: taccuini di viaggio e quaderni di lavoro di artisti, disegni di opere classiche, copie di capolavori conservati nei musei, cromotipie di città e basiliche realizzate a cavallo tra Ottocento e Novecento. Di rilevante interesse sono anche le raccolte archivistiche, tra cui i fondi Beltrami, Bignami, Treves, Pollak, Vassalli, Medardo Rosso e Wart Arslan.
3) Il nuovo Centro di Alti Studi sulle Arti Visive-CASVA, attualmente in fase di realizzazione progettuale, troverà collocazione all'interno della "Città delle Culture" all'Ansaldo, in uno spazio di circa 5.000 metri quadri.
Qui verranno riunite le principali raccolte librarie, archivistiche e documentali di interesse archeologico e storico-artistico esistenti a Milano, per un totale di oltre 220.000 documenti.
Al Progetto CASVA aderiscono infatti Istituti culturali con status giuridico diverso, di proprietà pubblica e privata, tra cui la civica Biblioteca d'Arte, l'Ente Raccolta Vinciana, la Biblioteca Archeologica e Numismatica, le Civiche Biblioteche delle Arti Decorative e della Raccolta di Tessuti, la Biblioteca del Museo Poldi Pezzoli e la Fondazione D'Ars. Al di là delle diverse vicende storiche costitutive e delle differenti forme organizzative, li accomunano la missione di servizio, l'utenza di riferimento, le particolari esigenze di conservazione delle collezioni, gli standard di catalogazione utilizzati.
Oltre agli Istituti che trasferiranno le collezioni documentali nella "Città delle Culture", la rete di cooperazione del CASVA comprende anche, quali partner privilegiati di progetto, le Soprintendenze del Ministero per i Beni e le Attività Culturali, il Civico Archivio Storico e Biblioteca Trivulziana, la Biblioteca Comunale Centrale Sormani e i dipartimenti del Politecnico che si occupano di Storia dell'Architettura e Design Industriale.
Nel nuovo Centro di Studi l'utenza -composta da ricercatori, studiosi, professionisti e aziende- potrà consultare, fisicamente o informaticamente con le tecnologie più aggiornate, libri e documenti relativi a tutti i settori delle arti visive; potrà richiedere, tramite servizio di document delivery, documenti conservati in altre biblioteche, fototeche e archivi; potrà accedere a cataloghi e banche dati specializzati e importare sui PC personali i documenti reperiti. Un'attenzione particolare verrà attribuita dal CASVA alla conservazione, valorizzazione e pubblica fruizione degli archivi di architettura e design pertinenti al territorio lombardo.
La missione del CASVA comprende anche produzione e distribuzione di editoria specializzata, riproduzione delle collezioni museali ospitate nella "Città delle Culture" e vendita delle relative immagini, formazione post-universitaria da realizzarsi mediante stage, ospitalità a studiosi stranieri e progetti gestiti in partnership con le Università milanesi.
Al momento, i fondi di arte e architettura del Novecento conservati presso il CASVA sono gli archivi degli architetti Francesco Gnecchi-Ruscone, Luciano Baldessari, Mario Terzaghi, Virginio Vercelloni, Fiorenzo Ramponi, Andrea Disertori.
Il CASVA promuove altresì la conoscenza delle metodologie di inventariazione attraverso l'organizzazione di seminari, tavole rotonde e periodici cicli di conferenze. Coordina inoltre interventi di censimento degli archivi conservati in Lombardia, in particolare il censimento degli archivi di architettura in Lombardia (pubblicato in Censimento delle fonti: gli archivi di architettura in Lombardia, a cura di Graziella Leyla Ciagà, "Quaderni del CASVA", n. 1, Milano 2003) e il Censimento dei fondi storico-artistici conservati presso gli istituti culturali del Castello, aggiornato al settembre 2007.
Due serie annuali di pubblicazioni -"Quaderni del CASVA" e "Incontri in biblioteca.Nuova Serie"-contribuiscono a rendere pubbliche le ricerche svolte a partire dai fondi conservati.