Το χρονικό της Βιβλιοθήκης του Βατικανού μπορεί να χωριστεί σε τρεις περιόδους: από την ίδρυσή της έως την εξορία της στην Αβινιόν, την περίοδο της Αβινιόν και από την αναγέννησή της και εξής. 

Η συμβολή του πάπα Νικόλαου Ε΄.  Ο νέος πάπας που ενθρονίστηκε στις 19 Μαρτίου του 1447 ως Νικόλαος Ε΄, δεν ήταν άλλος από τον Τομμάζο Παρεντουτσέλλι, έναν λάτρη της ελληνικής παιδείας, μαθητή του Χρυσολωρά και πρώην βιβλιοθηκάριο της Μονής του Αγίου Μάρκου, η οποία είχε ανασκευαστεί με τη χορηγία του Κοσμά των Μεδίκων. Είναι αυτός μάλιστα που είχε συντάξει τον κατάλογο των βιβλίων που κατά τη γνώμη του θα έπρεπε να θησαυρίζει κάθε ιδανική βιβλιοθήκη. Από τα πρώτα μελήματά του ήταν η αναβάθμιση και οργάνωση της παπικής βιβλιοθήκης, αλλά μέσα από μηχανισμούς που θα αναδείκνυαν τη Ρώμη ως πνευματικό κέντρο της Ιταλίας. Έτσι, διαμόρφωσε την Κουρία σαν ανοιχτή ακαδημία και κάλεσε τους σπουδαιότερους Ιταλούς ουμανιστές και τους πλέον αξιόλογους εκπροσώπους της βυζαντινής λογιοσύνης να τον συνδράμουν στο όραμά του. Εξασφαλίζοντάς τους στέγη και οικονομική υποστήριξη, τους προέτρεπε να ενισχύσουν την ελληνορωμαϊκή γραμματειακή παράδοση, με συστηματικές μεταφράσεις ελληνικών έργων της κλασικής και χριστιανικής γραμματείας στα λατινικά. Το εγχείρημα αυτό όχι μόνο θα προσέφερε στον ουμανιστικό κόσμο κείμενα μέχρι τότε απρόσιτα (και λόγω της αδυναμίας ανάγνωσης των πρωτοτύπων) αλλά παράλληλα, θα θησαύριζε με ανεκτίμητα χειρόγραφα τη Βατικανή Βιβλιοθήκη.

Μέλη της Κουρία (Curia). Στον κύκλο αυτό πρωταρχικό ρόλο διαδραμάτισαν ο Πότζο και ο Τζοβάννι Αουρίσπα, που είχαν αναζητήσει από κοινού χειρόγραφα σε μοναστήρια και καθεδρικούς ναούς, ο Τζαννότσο Μανέττι, ο Ουμπέρτο Ντετσέμπριο, ο Λορέντζο Βάλλα, ο Τζοβάννι Τορτέλλι, ο Νικκολό Περόττι κ.ά. Από τα μέλη της βυζαντινής λογιοσύνης ξεχώριζαν ο Αθανάσιος Χαλκιόπουλος, ο Θεόδωρος Γαζής, ο Ανδρόνικος Κάλλιστος, ο καρδινάλιος Βησσαρίων και ο Γεώργιος Τραπεζούντιος, ο οποίος ανέλαβε το μεγαλύτερο μέρος του μεταφραστικού έργου. Ο πάπας Νικόλαος, με τη μεθοδικότητα που τον διέκρινε και τη βαθιά γνώση της ελληνορωμαϊκής πνευματικής παράδοσης, ανέθεσε στον Βάλλα τη μετάφραση του Ηρόδοτου και του Θουκυδίδη, καθώς διέθετε τα προσόντα και είχε δώσει δείγματα μετάφρασης με την Ιλιάδα σε πεζή μορφή από το 1428. Την Κύρου Αναβάση του Ξενοφώντα και τη Βιβλιοθήκη του Διόδωρου Σικελιώτη τα εμπιστεύθηκε στον Πότζο, ο οποίος ολοκλήρωσε τη μετάφραση με τη βοήθεια του Τραπεζούντιου. Μεταφράσεις επίσης ανατέθηκαν στον Περόττι, στον Μανέττι, στον Γαζή και στον Αμβρόσιο Τραβερσάρι.

Οι μεταφράσεις αυτές, πέραν της ιστορικής και φιλολογικής τους αξίας –καθώς υπογράφονται από κορυφαίους ουμανιστές και αποτέλεσαν συχνά πρώτες εκδόσεις από τα τυπογραφεία της Ιταλίας αλλά και του Βορρά– μετουσιώθηκαν σε έργα τέχνης. Μικρογραφήθηκαν ή αντιγράφηκαν από επώνυμους καλλιγράφους και θησαυρίστηκαν στη Βατικανή Βιβλιοθήκη. Τα νέα αυτά αποκτήματα, σε συνδυασμό με το ήδη υπάρχον χειρόγραφο υλικό, απαιτούσαν νέα βιβλιοθηκονομική προσέγγιση. Τη φροντίδα αυτή ο πάπας Νικόλαος ανέθεσε στον Τζοβάννι Τορτέλλι, custode (φύλακα) πλέον της Βατικανής, που ταξινόμησε υποδειγματικά τα πολύτιμα βιβλία. 

Εμπλουτίζοντας τις συλλογές. Ο πάπας δεν αρκέστηκε στο βιβλιακό υλικό που προήλθε από τις εργασίες των μελών της Κουρία για να εμπλουτίσει τη βιβλιοθήκη του, αλλά ανέθεσε επιπλέον στον Ενώχ από το Άσκολι να ταξιδέψει στη Γερμανία, τη Δανία και την Ελλάδα, για να αποκτήσει όσα χειρόγραφα ήταν διαθέσιμα. Ο Ενώχ αγόρασε αρκετούς κώδικες μεταξύ των οποίων και δύο άγνωστα έως τότε στην Ιταλία συγγράμματα, τη Μαγειρική πραγματεία, που αποδίδεται στον Απίκιο και τα Σχόλια στον Οράτιο του Πορφυρίωνα. Έτσι, σε μικρό χρονικό διάστημα η βιβλιοθήκη έφτασε να αριθμεί 1.200 τόμους και μολονότι το ένα τρίτο από αυτούς έφεραν ελληνικούς τίτλους, ο πάπας δεν έπαψε με ζήλο να αναζητάει περισσότερα ελληνικά χειρόγραφα. Για να εμπλουτίσει, μάλιστα, την παπική συλλογή με μια μετάφραση του Όμηρου, έκανε έκκληση σε όλους τους ουμανιστές της Ιταλίας να το επιχειρήσουν, υποσχόμενος μάλιστα μυθικά πλούτη στον Φίλελφο αν αναλάμβανε την εργασία αυτή.

Τα χρόνια του πάπα Κάλλιστου Γ΄. Ο πρόωρος θάνατος του Νικόλαου Ε΄ (1455) δεν διατάραξε τον βίο της βιβλιοθήκης και μολονότι ο διάδοχός του Κάλλιστος Γ΄ δεν διακρίθηκε για τα ουμανιστικά του ενδιαφέροντα, ο Αινείας Σίλβιο Πικκολόμινι, που τον διαδέχθηκε το 1458 ως Πίος Β΄, ήταν μέγας βιβλιόφιλος, λόγιος και καλλιγράφος, ενώ είχε συγκροτήσει και ο ίδιος μια σημαντική προσωπική βιβλιοθήκη. Η Βιβλιοθήκη του Βατικανού δεν έπαψε να εμπλουτίζεται ποικιλοτρόπως, ακόμα και την περίοδο του Παύλου Β΄ (Πιέτρο Μπάρμπο, 1464–1471), που διαδέχθηκε τον Πίο Β΄, ο οποίος δεν επέδειξε ιδιαίτερο ζήλο για τα γράμματα, ωστόσο διατήρησε τον Τορτέλλι στην θέση του custode έως τον θάνατό του το 1466.

Η Βατικανή Βιβλιοθήκη, ως «per comune uso», όπως την οραματιζόταν ο πάπας Νικόλαος Ε΄, έμεινε στα χαρτιά, και μόνο στα χρόνια της παποσύνης του Σίξτου Δ΄ (1471–1484) το σχέδιο ολοκληρώθηκε τόσο από αρχιτεκτονική όσο και από βιβλιοθηκονομική άποψη. Το 1471, τέσσερις μήνες μετά την αναρρίχησή του στον παπικό θρόνο, ανέθεσε, στον αρχιθαλαμηπόλο του να προσλάβει πέντε αρχιτέκτονες προκειμένου να εκπονήσουν μια μελέτη για την ανέγερση κτίσματος «που θα χρησίμευε ως βιβλιοθήκη». Το σχέδιο δεν προχώρησε άμεσα, αλλά έδωσε ώθηση στον αρχικό σχεδιασμό η πρόσληψη του Πλατίνα ως βιβλιοθηκάριου.

Ο ρόλος του Πλατίνα. Η βιβλιοθήκη, όπως την παρέλαβε ο Πλατίνα, είχε την εικόνα εγκατάλειψης. Πολλοί τόμοι έλειπαν από τα ράφια και τα χειρόγραφα που είχαν απομείνει ήταν σε κακή κατάσταση. Ανατέθηκε αμέσως η αποκατάσταση των σταχώσεων και εκδόθηκε βούλα εξαιρετικά αυστηρή για όσους, κοσμικούς και εκκλησιαστικούς, είχαν δανειστεί κώδικες και δεν τους επέστρεφαν αμέσως, με ποινή, σε περίπτωση άρνησης, την καθαίρεση από τα αξιώματά τους, ακόμη και τον αφορισμό τους.

Ο Πλατίνα, έχοντας την πεποίθηση ότι η συγκρότηση βιβλιοθήκης αποτελεί σημαντικό υπόβαθρο για το ουμανιστικό πνεύμα, προσέλαβε τρεις αντιγραφείς (librarii), τον Δημήτριο, τον Σαλβιάτο και τον Γιοχάννες και κατόρθωσε έτσι να καταστήσει μέσα σε έξι χρόνια (1481) τη Βατικανή Bιβλιοθήκη τη σημαντικότερη της Δύσης. Τα 2.527 χειρόγραφα (770 ελληνικά και 1757 λατινικά) που παρέλαβε, ανήλθαν σε περίπου 3.500.

Ο ζηλευτός πλούτος της βιβλιοθήκης έγινε πόλος έλξης για κάθε θεράποντα των γραμμάτων και ακόμη και ο Πολιτιανός, που ήταν γνώριμος σε κάθε βιβλιοθήκη της Ιταλίας, επεδίωξε να προσληφθεί ως βιβλιοθηκάριός της. Στον κύκλο των συνεργατών που βοήθησαν στην αναμόρφωση της βιβλιοθήκης περιλαμβάνεται και ο Δημήτριος Δαμιλάς, ο οποίος από το 1490 αντιγράφει κώδικες για τη Βατικανή και για άλλους επιφανείς Ρωμαίους βιβλιόφιλους. Στη συνέχεια ο Δαμιλάς έγινε περιζήτητος και διορίστηκε από τον πάπα Πίο Γ΄ (Φραντσέσκο Τοντεσκίνι Πικκολόμινι, 1439–1503) ως επίσημος αντιγραφέας των ελληνικών κωδίκων της Αποστολικής Βιβλιοθήκης, θέση την οποία παραχώρησε το 1515 στον Τζοβάννι Ονόριο ντε Μάλιε, εξαιρετικό καλλιγράφο και σχεδιαστή της πρώτης οικογένειας ελληνικών χαρακτήρων του παπικού τυπογραφείου, το οποίο εγκαινίασε ο καρδινάλιος Ριντόλφι.

Τα χρόνια του πάπα Λέοντα Ι´. Μια νέα περίοδος για τη βιβλιοθήκη ξεκινάει με τον πάπα Λέοντα Ι´ (1513–1521), τον Ιωάννη Μέδικο δηλαδή, μαθητή του Ιανού Λάσκαρη και λάτρη της ελληνικής παιδείας και της ουμανιστικής ιδεολογίας, ο οποίος φιλοδοξούσε να καταστήσει και πάλι τη Ρώμη πνευματικό κέντρο της Ιταλίας. Θεωρώντας ότι η Ρώμη υστερούσε σε σχέση με τις άλλες ιταλικές πόλεις στην καλλιέργεια των ελληνικών γραμμάτων, όχι μόνο μερίμνησε να λειτουργήσει ελληνικό τυπογραφείο στη Ρώμη, αλλά πρωτοστάτησε ο ίδιος, μέσω του Λάσκαρη, στην ίδρυση ελληνικού σχολείου στον Κυρινάλιο Λόφο (στο οποίο λειτούργησε και ελληνικό τυπογραφείο από το 1517).

Καίριο πλήγμα δέχθηκε η παπική βιβλιοθήκη το 1527 με την κατάληψη της Ρώμης από τα αυτοκρατορικά στρατεύματα, καθώς η λεηλασία των εισβολέων δεν άφησε ανέπαφο τον πλούτο της, με αποτέλεσμα μεγάλο τμήμα της συλλογής των κωδίκων του πάπα Νικόλαου Ε΄ και του Σίξτου Δ΄ να απολεσθεί. Ωστόσο, παρέμεινε ανέπαφη, σχεδόν στο σύνολό της, η συλλογή του πάπα Λέοντα Ι´. Η βιβλιοθήκη μεταστεγάστηκε σε νέους χώρους το 1590, στα χρόνια του Σίξτου Ε΄ (1585–1590) και έκτοτε συνεχίστηκε απρόσκοπτα ο εμπλουτισμός της. Σήμερα θησαυρίζονται περισσότερα από 2.000.000 έντυπα βιβλία (γύρω στα 8.000 αρχέτυπα) και κοντά στα 75.000 χειρόγραφα (λατινικά, ελληνικά, εβραϊκά, αραβικά, συριακά, περσικά, αιθιοπικά, σλαβονικά κ.ά.), όπως και άλλο αρχειακό υλικό που έχει να κάνει με την ιστορία της Αποστολικής Έδρας.

Ο θησαυρός της βιβλιοθήκης. Ο πλούτος των συλλογών δεν είναι μόνο ανεκτίμητος αλλά και εμβληματικός λόγω της αρχαιότητας των συγγραμμάτων της ελληνορωμαϊκής πνευματικής παράδοσης και της χριστιανικής γραμματείας. Χαρακτηριστικά, ο κώδικας De republica του Κικέρωνα χρονολογείται στον 4ο/5ο αιώνα, και γράφτηκε σε μεγαλογράμματη γραφή στο αβαείο του αγίου Κολουμβάνου στο Μπόμπιο· ο γνωστός ως Codex B, μια από τις αρχαιότερες ελληνικές Βίβλους, που ορίζεται χρονικά στα μέσα του 4ου αιώνα, αντιγράφηκε πιθανότατα στην Αίγυπτο σε μικρογράμματη βιβλική γραφή και περιήλθε στη συλλογή του Βατικανού, ίσως πριν και από τα χρόνια του πάπα Νικολάου Ε΄. Δείγμα της δημοτικότητας της ρωμαϊκής κωμωδίας κατά τη μεσαιωνική περίοδο είναι και ένας κώδικας του Τερέντιου, εικονογραφημένος και γραμμένος σε μικρογράμματη καρολίγγεια γραφή τον 9ο αιώνα. Προέρχεται από το εργαστήρι της Μονής του Κορβάι και καλλιγραφήθηκε από τον Αδέλριχο (Adelricus), μοναχό του Κορβάι. Από την ίδια εποχή προέρχεται και ένα άλλο απόκτημα της βιβλιοθήκης, το Βιβλίο του Ιώβ, με εξηγητικά σχόλια, το οποίο γράφτηκε σε μεγαλογράμματη γραφή και κοσμείται με 75 μικρογραφίες. Το βιβλίο αυτό αντιπροσωπεύει τρανό δείγμα της κωδικογραφικής παράδοσης των καλλιγραφικών εργαστηρίων της Κωνσταντινούπολης.

Τέλος, να προσθέσουμε ότι στη Βατικανή Bιβλιοθήκη υπάρχει και ο πλέον άρτια εικονογραφημένος και μικρογραφημένος κώδικας της Θείας Κωμωδίας του Δάντη, που χρονολογείται γύρω στα 1480–1482· γράφτηκε στο Ουρμπίνο από τον  Ματτέο ντι Ερκολάνο Κοντούτζι και φιλοτεχνήθηκε από μέλη της διάσημης σχολής της Φερράρας, τον Αλεσσάντρο Τζιράλντι, τον Φράνκο ντέι Ρούσσι και τους μαθητές τους.