H βιβλιοθήκη του Αδριανού, στην αρχιτεκτονική σύλληψη της οποίας δεν αποκλείεται να συνέβαλε και ο ίδιος ο αυτοκράτορας, 
φαίνεται ότι αποτελούσε στολίδι των Αθηνών και το λαμπρότερο οικοδόμημα που κληροδότησε στην πόλη της Παλλάδος. Ο Παυσανίας μάς παραδίδει πως εκατό κίονες στήριζαν το όλο οικοδόμημα, πολύχρωμες οροφές διακοσμούσαν τις αίθουσες, ενώ αλαβάστρινοι τοίχοι και κόγχες με αγάλματα προσέδιδαν την απαιτούμενη λαμπρότητα στο αυτοκρατορικό αυτό κληροδότημα.
Η βιβλιοθήκη ανεγέρθηκε στο διοικητικό και εμπορικό κέντρο της πόλης, δηλαδή στην Αρχαία και Ρωμαϊκή Αγορά και αποτελεί επιστέγασμα της φιλοδοξίας του 
Αδριανού να αναπλάσει το ιστορικό κέντρο και να αναδείξει τις ρίζες του ελληνορωμαϊκού πολιτισμού μέσα από το φυσικό, ιστορικό, πνευματικό και καλλιτεχνικό κέντρο της Αρχαιότητας. Δεν θεωρείται υπερβολή η μαρτυρία του Αίλιου Αριστείδη, όταν επισκέφθηκε την Αθήνα μετά την ολοκλήρωση της βιβλιοθήκης, ότι ισότιμες βιβλιοθήκες με αυτές που υπάρχουν στην Αθήνα δεν θα συναντήσει κανείς πουθενά αλλού. Προφανώς αναφέρεται στις δημόσιες, τις γυμνασιακές και τις βιβλιοθήκες των φιλοσοφικών σχολών, όπως της Ακαδημίας, του Λυκείου, της Στοάς, της Επικούρειας Σχολής, του Πανταίνου, της Ακροπόλεως ίσως, του Αδριανού, καθώς και σε άλλες ιδιωτικού χαρακτήρα.
Το αρχιτεκτονικό σχέδιο της βιβλιοθήκης του Αδριανού είναι εμπνευσμένο από την Ακαδημία του Πλάτωνος και το Λύκειο του Αριστοτέλη. Διατηρεί τυπολογικά στοιχεία, κυρίως ως προς το κεντρικό κτίσμα, από τον ναό της Ειρήνης που οικοδομήθηκε επί Βεσπασιανού ως τμήμα του ομώνυμου φόρουμ. Πρόκειται για ένα ορθογώνιο συγκρότημα καθ’ όλα συμμετρικό, στο οποίο υπήρχε πρόσβαση μέσω ενός ναόσχημου τετρακίονου πρόπυλου κορινθιακού ρυθμού, εκατέρωθεν του οποίου είχε αναπτυχθεί μια προέχουσα κιονοστοιχία, διακοσμώντας έτσι περίτεχνα τον εξωτερικό μαρμάρινο τοίχο της πρόσοψης του συγκροτήματος. Το προαύλιο που αντίκρυζε ο επισκέπτης, στο κέντρο του οποίου υπήρχε δεξαμενή, περιβαλλόταν από περιστύλιο που διαμόρφωνε προστατευτική στοά, η οποία δεν αποκλείεται
να λειτουργούσε και ως αναγνωστήριο, εκτός της χρησιμότητάς της ως χώρος περιπάτου, διαλογισμού και φιλοσοφικών συζητήσεων. Κατά μήκος των πλευρικών τοίχων και της στοάς υπήρχαν ενσωματωμένες τρεις προεξέχουσες κόγχες: μία ορθογώνια (οίκος) και δύο ημικυκλικές (εξέδρες), πανομοιότυπες με αυτές του ναού της Ειρήνης. Στην ανατολική πλευρά είχε αναπτυχθεί το συγκρότημα της βιβλιοθήκης, της οποίας η κεντρική αίθουσα λειτουργούσε ως κατεξοχήν βιβλιοστάσιο και αναγνωστήριο.
Τον αρχιτεκτονικό της σχεδιασμό όριζε ένα υψηλό πόδιο ανεπτυγμένο στις τρεις πλευρές, το οποίο λειτουργούσε ως διάδρομος και επέτρεπε την πρόσβαση στα ερμάρια, ενώ ταυτόχρονα αποτελούσε τη βάση της διώροφης κιονοστοιχίας που υποστήριζε έναν εξώστη με βιβλιοστάσια. Σε ένα κεντρικό αψίδωμα, πλατύτερο από τις υπόλοιπες ορθογώνιες εσοχές και όχι σε μια ημικυκλική κόγχη κατά τη συνήθη πρακτική, υπήρχε τοποθετημένο κάποιο άγαλμα. Τα ερμάρια ήταν ανεπτυγμένα απολύτως συμμετρικά, ως προς τον κεντρικό άξονα, στους τρεις τοίχους, ενώ στην πτέρυγα της κεντρικής εισόδου, η οποία προστατευόταν ως ένα ύψος από τη στοά του προαυλίου, θα πρέπει να υπήρχε στο επίπεδο του εξώστη μια σειρά από υαλοστάσια. Εκατέρωθεν του κεντρικού αυτού τμήματος της βιβλιοθήκης υπήρχαν τέσσερα κτίσματα, πάντα συμμετρικά διατεταγμένα 
ως προς το κεντρικό, από τα οποία τα δύο μικρότερα και εφαπτόμενα στη βιβλιοθήκη εξυπηρετούσαν ίσως τις λειτουργικές ανάγκες της (αντιγραφικά εργαστήρια, χώροι αποθήκευσης και γραφείο του βιβλιοφύλακα), ενώ μια εσωτερική κλίμακα επέτρεπε την πρόσβαση στο δεύτερο επίπεδο της κεντρικής βιβλιοθήκης. Τέλος, τα δύο ακραία κτίσματα λειτουργούσαν ως auditoria και χρησίμευαν για απαγγελίες, διαλέξεις, συζητήσεις και πιθανόν μαθήματα.
Η βιβλιοθήκη του Αδριανού επέζησε έως το 267 μ.Χ., όταν αυτοκράτορας στη Ρώμη ήταν ο Γαλλιηνός, οπότε με την επιδρομή των Ερούλων καταστράφηκε και λεηλατήθηκε. Έκτοτε δεν έγινε απόπειρα αποκατάστασής της σύμφωνα με την αρχική εικόνα. Λιθοδομήθηκε κατά καιρούς και ενσωματώθηκε τελικά στον περίβολο του υστερορωμαϊκού τείχους της πόλης. Στη συνέχεια ο ύπαρχος του Ιλλυρικού Ερκούλιος προχώρησε σε τμηματική επισκευή (5ος αιώνας), οπότε και οικοδομήθηκε στον εσωτερικό κεντρικό προαύλιο χώρο της βιβλιοθήκης ένας μεγάλος τετράκογχος καθεδρικός ναός. Το οικοδόμημα αυτό της παλαιοχριστιανικής περιόδου θεωρείται από ορισμένους ότι λειτούργησε ως βιβλιοθήκη και αρχείο της επαρχίας του Ιλλυρικού.
Κ.Σπ. Στάικος, Η Αρχιτεκτονική των Βιβλιοθηκών στον Δυτικό Πολιτισμό, Αθήνα, Άτων, 2016, σ. 127–133.