Muzejní knihovna s více jak 20 000 svazky poskytuje široké možnosti studia dějin a života Karlovarska. Knihovna nabízí témata regionální, archeologická, vědecko-výzkumná, národopisná, numismatická, nabízí rovněž studium historicko-stavební památek Karlovarska.
Karlovarskými knižními specifiky jsou průvodce, adresáře, tištěné kroniky a seznamy lázeňských hostů tzv.Kurlisty, jsou zde též vzácné spisy vlastivědné a balneologické místních historiografů a lékařů. Mimo regionální literaturu naleznete i rozsáhlý fond knih o dějinách, umění a lázeňství.
Muzeum Karlovy Vary má velmi bohatou regionální knihovnu čítající na 4 000 svazků, jež jsou nevyčerpatelnou studnicí informací o dějinách nejslavnějších českých lázní. Její počátky sahají až do počátku 19. století, kdy křižovnický kněz A.L.Stöhr a jeho synovec Med. Dr. Rudolf Mannl založili při magistrátu městskou vlastivědnou knihovnu. Velká část fondu regionální knihovny pochází z rozsáhlé soukromé sbírky carlovarensií karlovarského lázeňského lékaře Med. Dr. Karla Davida Bechera, jenž ji roku 1934 prodal městu. Magistrát Becherovu unikátní knihovnu bohužel rozdělil na dvě části, jedna připadla městskému archivu a druhá městskému muzeu. Badatelé mohou v současné regionální knihovně najít knižní poklady od roku 1500 až do současnosti. Regionální „klasikou“ jsou vlastivědné a balneologické spisy místních historiografů a lékařů Augusta Leopolda Stöhra, Davida Bechera, Rudolfa Mannla, Jeana de Carro a Eduarda Hlawaczka. K nejcennějším starým tiskům patří díla autorů ze 16. a 17. století, např. Fabiana Sommera, Caspara Bruschia, Michaela Reudenia a Johanna Stephana Strobelbergera.
Karlovarskými knižními specifiky jsou průvodce, adresáře, tištěné kroniky vřídelního města a seznamy lázeňských hostů. První průvodce se objevily již v polovině 18. století. V 19. století byl velmi oblíbený průvodce, který každoročně vydávala firma Franieck. První adresář Karlových Varů vydali roku 1835 bratři Tadeáš a Leopold Platzerovi. Z knižně vydaných kronik uveďme letopisy Lenhartovy (1840), Loewovy (1874) a Doroschkinovy (1929). Muzejní knihovna má samozřejmě i všechna stěžejní vlastivědná díla 20. století, jež napsali Anton Gnirs, Josef Hofmann, Karl Ludwig, Viktor Karell, Karel Nejdl a Vladislav Jáchymovský. Velmi důležitou a dosud nedoceněnou součástí knihovny jsou seznamy lázeňských hostů, tzv. Kurlisty, vydávané tiskem od roku 1795.