Instalada em um prédio de três pavimentos, com área total de 1.200 m², a Biblioteca do MAST é especializada em história da ciência, astronomia, educação, divulgação científica, museologia, preservação e patrimônio de ciência e tecnologia. Tem sob guarda um acervo de aproximadamente 27 mil títulos, composto de livros, dissertações, teses, monografias, folhetos, obras de referência, periódicos, CDs e DVDs,. A Biblioteca é aberta ao público e pode ser visitada de segunda a sexta, das 9h às 17h.

A constituição do patrimônio documental da Biblioteca teve início em 1984, antes mesmo da fundação do MAST, que ocorreu um ano depois, em 1985. A iniciativa nasceu por meio do Projeto Memória da Astronomia no Brasil e Ciências Afins (PMAC), embrião para a criação do Museu de Astronomia.

Até 2015, a Biblioteca ocupava uma sala de 105 m² no Prédio Sede do MAST. Ao longo dos anos, o acervo cresceu em maiores proporções do que esse espaço poderia comportar, por isso foi elaborado um estudo para construção de um novo prédio para abrigar a biblioteca. As obras tiveram início em 2010.

A Academia Brasileira de Ciências (ABC), por exemplo, doou, por meio de um acordo de cooperação técnica, um valioso acervo, composto por 5568 livros, 2167 obras e periódicos de referência, 2973 trabalhos acadêmicos, 1751 folhetos e 386 obras raras ou especiais. "É uma coleção fantástica, mas não estava disponível para consulta por falta de espaço", diz Eloísa Helena de Almeida, chefe do Serviço de Biblioteca e Informação Científica do MAST.

A inauguração do novo prédio, realizada em novembro de 2015, fez parte das comemorações pelos 30 anos do MAST. Os dois primeiros andares abrigam as salas de consulta, dotadas de espaços multimídia, e o acervo bibliográfico. O terceiro conta com três salas de aula, uma sala de professores, uma sala de alunos e a secretaria do Programa de Pós-Graduação em Preservação de Acervos de Ciência e Tecnologia (PPACT). O novo prédio foi batizado de Henrique Morize, nome do célebre astrônomo francês naturalizado brasileiro.