Το Κέντρο Βυζαντινών Ερευνών διαθέτει μία ειδική βιβλιοθήκη, η οποία εξυπηρετεί τις ανάγκες τόσο των εκπονούμενων στο Κέντρο ερευνητικών έργων, όσο και εκείνες εξωτερικών ερευνητών που μελετούν θέματα σχετικά με τις βυζαντινές σπουδές.
Στη συλλογή της βιβλιοθήκης περιλαμβάνονται περίπου 40.000 τόμοι και 300 σειρές περιοδικών, που καλύπτουν τους κλάδους της Βυζαντινής Αρχαιολογίας και Τέχνης, του Βυζαντινού Δικαίου, της Βυζαντινής Θεολογίας, της Βυζαντινής Ιστορίας και της Μεσαιωνικής Ελληνικής Φιλολογίας. Η βιβλιοθήκη είναι μια από τις πλουσιότερες στην Ευρώπη σε ό,τι αφορά τις εκδόσεις βυζαντινών κειμένων, ενώ, παράλληλα, συγκεντρώνει μια από τις σημαντικότερες στην Ελλάδα συλλογές μελετών σχετικών με τα ψηφιδωτά δάπεδα της ύστερης αρχαιότητας και τα βυζαντινά χειρόγραφα.

Τα βιβλία που εισήχθησαν στη βιβλιοθήκη μετά το 1990 βρίσκονται στον ηλεκτρονικό κατάλογο του Α.Π.Θ. Η αναδρομική ηλεκτρονική καταλογογράφηση της συλλογής ξεκίνησε τον Οκτώβριο του 2011 από τους υπαλλήλους της βιβλιοθήκης.

Στη βιβλιοθήκη του Κ.Β.Ε. μπορούν να μελετήσουν στο πλαίσιο της έρευνάς τους μεταπτυχιακοί φοιτητές, διδάκτορες, υπότροφοι και ειδικοί ερευνητές τόσο από την Ελλάδα όσο και από το εξωτερικό.