La Biblioteca di Chimica si trova in Via Moruzzi 13, al pianterreno dell'edificio che ospita il Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, nel cuore della cosiddetta "cittadella della ricerca" nell'area di San Cataldo, accanto al CNR e di fronte alla residenza universitaria I Praticelli.
A seguito della riorganizzazione di tutto l'Ateneo, e di conseguenza anche del Sistema Bibliotecario, dal 2012 la Biblioteca fa parte del Polo Bibliotecario 3, insieme alla Biblioteca di Scienze naturali e ambientali e alla Biblioteca di Matematica, Informatica, Fisica.
La precedente sede della Biblioteca di Chimica si trovava in Via Risorgimento 35, nel palazzo costruito nel 1941 appositamente per il Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, nell'allora periferia della città. L'edificio presenta i caratteri dell'edilizia dell'epoca fascista sia per la facciata che per la presenza di un ampio scalone interno.
Nel 2001 la Biblioteca cambia veste amministrativa, cessa di essere Biblioteca del Dipartimento e passa al Sistema Bibliotecario di Ateneo. I tempi sono maturi per un cambiamento, arriva personale da altre biblioteche dell’ateneo e si incrementano i servizi per rispondere ai criteri standard delle altre biblioteche dello SBA: catalogazione di tutti i libri nel catalogo unico di ateneo Aleph, implementazione del servizio di fornitura di documenti attraverso Nilde, e-mail dedicata al contatto con gli utenti, e si cominciano ad acquistare i libri di testo in modo sistematico. Oltre ai servizi, la biblioteca viene modificata anche internamente con la rimodulazione degli spazi: espositore delle riviste, sedie uguali per tutte le postazioni, aggiunta di postazioni pc per gli utenti, noleggio di una fotocopiatrice e la presenza un bancone che rappresenta il punto di incontro tra il personale bibliotecario e gli utenti che apprezzano molto i servizi e la nuova veste della Biblioteca di Chimica.
All'inizio dell'anno 2000 la sede di Via Risorgimento viene giudicata non più adatta a ospitare i laboratori di chimica e si inizia a pianificare una nuova sede per il Dipartimento. La Biblioteca viene da subito pensata come parte integrante della nuova sede.
L'attuale edificio viene progettato degli architetti Beniamino Cristofani e Salvatore Re, mentre la direzione dei lavori è affidata all'architetto Agnese Bernardoni dell'Ufficio Tecnico dell'Ateneo.
I primi contatti tra l'Ufficio incaricato e la direzione della Biblioteca risalgono al 2008. L'intero edificio è stato portato a termine nel 2014 e la Biblioteca ha aperto i battenti nella nuova sede nello stesso anno. Nel 2015, in occasione dell'inaugurazione della nuova sede del Dipartimento, anche la Biblioteca è stata visitata dall'allora Magnifico Rettore, Prof. Massimo Augello.
Essendo vicina alla residenza studentesca I Praticelli ed avendo un esteso orario di apertura (dalle 8.30 alle 20.00 dal lunedì al venerdì), la Biblioteca è frequentata anche da studenti di altri dipartimenti dell'Università. Si stima che nel 2018 la Biblioteca abbia registrato circa 16.000 visite, 2.000 in più dell'anno precedente.
Il patrimonio bibliografico della Biblioteca di Chimica consta di circa 10.000 libri, 450 titoli di riviste e numerose opere di consultazione fondamentali per lo studio della chimica. Le aree tematiche principali riguardano la chimica generale, la chimica fisica, la chimica analitica, la chimica inorganica, la chimica organica e la chimica industriale, oltre a testi di base di matematica e fisica. La Biblioteca possiede un piccolo ma importante nucleo di libri antichi sulle proprietà, l'analisi e il trattamento delle acque e sugli stabilimenti termali come Dei bagni di Montecatini: trattato di Alessandro Bicchierai fiorentino.
La forza della collezione si può apprezzare anche online, infatti attualmente l'acquisto delle riviste scientifiche cartacee è stato sostituito dagli abbonamenti alle versioni elettroniche: come ad esempio la sottoscrizione delle riviste dell'American Chemical Society (ACS) e della banca dati SciFinder del CAS in collaborazione con la Biblioteca di Farmacia. A sottolineare l'importanza delle risorse online, ricordiamo nel 2017 la donazione da parte di un ricercatore del suo fondo di ricerca per l'acquisto in perpetuo di una collezione di libri elettronici della Royal Society of Chemistry.