W dobie obecnej własnością Biblioteki jest kompleks kilku budynków i duży dziedziniec na Starówce Wileńskiej. Większość działów oraz Administracja mieści się w budynku na Traku 10, natomiast Dział Literatury Dziecięcej zajmuje niewielką część budynku na Traku 12.

Oba gmachy są zabytkami architektury pod ochroną. Zachowało się niemało dokumentów historycznych świadczacych o ich wartości, aczkolwiek są one niejednoznacznie traktowane przez badaczy.

Część budynku znajdująca się na ulicy Traku jest zbudowana w stylu renesansowym, z fasadą w stylu klasycystycznym. Najcenniejszym zabytkiem jest sala na I-ym piętrze, mieszcząca obecnie Czytelnię Ogólną. 

Budynek na ulicy Traku jest byłym pałacem Zenkowiczów-Tyszkiewiczów. Pierwsze wiarygodne informacje o nim zachowały się w dokumencie potwierdzającym nabycie budynku w XVII wieku. Mimo to utrzymuje się, że mógł być zbudowany jeszcze w drugiej połowie XVI w., a w końcu XVII w. był już odnawiany. W XVIII w. został przebudowany, całkowicie odnowiony, dobudowano nowe gmachy. W ówczesnych dokumentach archiwalnych był już nazywany pałacem, a w XIX wieku należał do rodu Tyszkiewiczów.

Na początku XX w. w budynku znajdowały się różne instytucje, sklepy, biura, oraz mieszkania prywatne.

Od maja 1951 roku w lokalu byłej Biblioteki Publicznej nr2 urządziła się Powiatowa Biblioteka Publiczna im. Adama Mickiewicza w Wilnie. Zajmujące budynek instytucje oraz mieszkańców powoli wysiedlano,  a pomieszczenia dostosowywano do potrzeb biblioteki.

Pierwszy projekt rekonstrukcji budynku w celu dostosowania go do nowych potrzeb  był przygotowany w 1971 roku, lecz  nie został zrealizowany. Rekonstrukcję budynku od podstaw rozpoczęto dopiero w 1988 r., lecz w 1991 prace przerwano i rozpoczęto na nowo w 1997 r.

W 1999 r. za wspólne środki Litwy i Austrii ukończono restaurację Czytelni Ogólnej. Zachowano w niej autentyczne elementy dekoracji końca XIX-początku XX w. (żyrandole, piece kaflowe).

W końcu 2001 r. po ukończeniu prac restauracyjnych otwarto Dział Sztuki, gdzie odtworzono autentyczne malowidła ścienne i sufitowe, odrestaurowano piece. Restauratorem pieców w Dziale Sztuki i Czytelni Głównej, a także autorem dekoracyjnej ceramiki artystycznej w odnowionym gmachu administracji jest Aelita Bielinyte.

Na początku 2002 r. do odnowionych pomieszczeń, służących w poł. XIX w. jako zabudowania gospodarcze (lodownia, stodoła, stajnie), przeniosła się Administracja Biblioteki oraz Dział Metodyczny.

Budynek przy Traku 12, wybudowany w końcu XIX w., o eklektycznej fasadzie, w stanie prawie niezmienionym przetrwał do dnia dzisiejszego. Jest wyposażony w dość rzadkie, ciekawej formy okna łukowe. Historia okolicznych domów jest dość skomplikowana i niejednakowo przedstawiana przez różnych badaczy.

Na początku XX w. pomieszczenia budynku zajmowała restauracja oraz cukiernia. W latach 1900-1940 znajdował się tam przytułek dla starców. W czasie II-ej Wojny Światowej budynek nie ucierpiał. Po wojnie mieściły się tam mieszkania i biura. Od 1977 r. pomieszczenia zajmuje Dział Literatury Dziecięcej.

W 2006 roku rozpoczęto prace nad projektami rekonstrukcji gmachów Biblioteki, zaś rekonstrukcję planuje się rozpocząć w 2007 roku.