Zlecenie zbudowania biblioteki otrzymał Michał Anioł od Klemensa VII. Miała ona służyć przechowaniu cennych rękopisów zgromadzonych przez Medyceuszy. Począwszy od 1524 roku, Michał Anioł poświęcił się jej budowie w budynkach bazyliki San Lorenzo, jednak kiedy we wrześniu 1534 roku opuścił Florencję, gotowe były jedynie ściany czytelni. Prace związane z budową kontynuowali na podstawie planów i instrukcji Michała Anioła inni budowniczowie (Tribolo, Basari, Ammannati). Biblioteka została otwarta w 1571 r.