La Biblioteca Real, instituida por Carlo Alberto en 1837, forma parte del complejo de los Museos Reales y fue diseñada por el arquitecto Carlo Amedero de Castellamonte, residencia de la Casa Saboya hasta 1865. El Salón monumental fue diseñado por el arquitecto de la corte Pelagio Pelagi que cubrió la Biblioteca con estupendas estanterías de madera de doble altura y mandó pintar las bóvedas a los pintores Moja y Trefogli con figuras monocromáticas que representaban las Ciencias y las Artes.
Alberga importantes colecciones de manuscritos, códigos miniados, grabados, más de 2.000 dibujos y, sobre todo, el fondo adquirido por Carlo Alberto, de los dibujos de Leonardo da Vinci, entre ellos el autorretrato, el Rostro del Angel, dibujo preparatorio para la Virgen de las Rocas conservada en el Louvre, y el Código sobre el vuelo de los pájaros.