桃園市立圖書館（Taoyuan Public Library），簡稱桃市圖，位於中華民國桃園市，為桃園市政府成立的二級機關，負責管理桃園市政府成立的公共圖書館，轄有一座總館與43座分館（含閱覽室），上級單位為桃園市政府教育局。總館位於桃園區南平路（桃園藝文特區內）。
1923年，新竹州立圖書館於新竹州設立，即為桃園市立圖書館的前身。1945年，第二次世界大戰結束後，中華民國接管臺灣，新竹州立圖書館的館務移交由國民政府成立的新竹州接管委員會接收；隔年1月11日，正式籌設「新竹縣立圖書館」。隨新竹縣治遷至桃園鎮，新竹縣立圖書館於1946年2月遷至今桃園市境內；1950年臺灣省行政區劃調整後，桃、竹、苗分治，原「新竹縣立圖書館」也易名為「桃園縣立圖書館」[4]。
1983年7月1日，桃園縣立文化中心成立，「桃園縣立圖書館」成為其中之一的館組。1986年，桃園縣立圖書館首度針對圖書館自動化工作進行研議，參考臺北市政府《圖書館自動化作業研究報告》作初步規畫，於1988年7月正式完成3萬3千餘筆書目的建檔作業[4]。
2006年12月，完成了桃園縣讀者檔案整合，推動「一證通用政策」；2008年6月，開始實施「桃園縣公共圖書館館際合作借閱服務」；2009年9月，正式於桃園縣13個鄉鎮市立公共圖書館的總館提供「桃園縣公共圖書館館際合作借閱服務」。2011年2月，「桃園縣公共圖書館館際合作借閱服務」正式開始提供線上申請，民眾首度可透過網路跨館借書，奠定了今日桃園市立圖書館的基礎[4]。
2014年12月25日，隨桃園縣升格桃園市，桃園市政府文化局正式成立「桃園市立圖書館」，係桃園市政府二級機關，管轄桃園市立圖書館各分館業務[4]。2023年7月1日起改隸桃園市政府教育局[5]。
迄今桃園市立圖書館已有一座總館、39間分館、4間閱覽室，另有數處分館規劃、興建中。
成立之初總館位於桃園區桃園市政府文化局大樓內，為一座中型自動化圖書館。新總館位於桃園藝文特區南平路，由圖書館棟與電影院棟兩棟建築構成，最初預計2020年完工[7]，惟實際開館日期歷經多次延後[8][9][10][11]，最終新館圖書館棟於2022年12月17日展開試營運[12]、2023年9月1日開始正式營運[13]，電影院棟則預計朝2023年底至2024年初對外營運目標前進[14]。
桃園市立圖書館新總館，預算原預估約為新臺幣20.88億元（後追加至31億元），為臺灣造價最昂貴的市立圖書總館。圖書館棟為地下2層，地上8層的建築物，5層樓的電影院棟則規劃為「桃知道文創生活廣場」，兩棟建築合計樓板面積46,301平方公尺（14,006坪）[15]，落成後成為桃園市第一大的公共圖書館，而藏書至少一百萬冊則和高雄市立圖書館總館藏書相當[16][17][18]。另原位於文化局之舊總館於新總館開幕後，改為「桃園市立圖書館文化局分館」。
因復興區為直轄市山地原住民區，為保留地方文化及自治權，故復興區圖書館雖名義上屬於桃園市立圖書館系統，但實際上是由復興區公所經營。
目前桃園市立圖書館共有5座全自動借書站機台，均位於桃園機場捷運車站內[23]，如下：
為彌補城鄉閱讀差距，桃園市立圖書館購有5輛「行動圖書車」，提供民眾閱讀、借還書、辦圖書證等服務，採鷗翼開放式空間設計，每輛車約可擺放2000餘冊書籍。根據2018年統計，行動圖書車駐點達1753場、借書量近6萬冊，參與超過10萬人次；駐點服務將以偏鄉或非營利機構等公益團體申請為優先[24]。
2019年12月9日起，「新北桃園市立圖書館一證通服務」啟用，只要持有桃園市借閱證或市民卡，登入官網「個人書房」啟用該服務，便可以在桃園市及新北市兩市的公共圖書館跨市借書[25]。2020年10月17日起，進一步新增跨域還書服務[26]。
2022年12月20日起，因應新總館試營運，桃園市立圖書館與全家便利商店合作，民眾只要在系統上預約圖書，就可以於桃園任何一家全家超商取書，還書則可在全台的全家超商還書。取書費用50元、還書45元，20日開始試辦至2023年3月底[27]。
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