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總館為地上五層、地下二層建築物，佔地2.164公頃，樓地板面積約41,797平方公尺。大致分為讀者服務區、會議學習區、公共服務區與行政支援區。

該館外觀以流線造型的河流意象，象徵乘載無限知識之流。館內空間以outside-in的設計概念，將不同樓層的戶外窗景融入內裝配色和家具中，營造出寬敞明亮而具現代感的室內空間。同時針對不同年齡層如兒童、青少年、樂齡族等設有專區，館內並結合體感、擴增實境、無線射頻、3D電影等新興科技，規劃極具親和力與互動性之體驗裝置，為民眾閱讀、休閒、學習之好去處。
 
樓層配置

• 一樓：大廳、數位體驗區、兒童學習中心與商店區
• 二樓：數位休閒中心、數位美術中心、數位多媒體中心、聽視障資訊中心、語言學習區、視聽欣賞區、國際會議廳
• 三樓：多元文化服務區（英國資料中心、美國資料中心、法國資料中心、新住民服務）、期刊報紙閱覽區、樂齡學習資源服務區、政府出版品區、世界之窗特展區、臺灣資料區、視聽室
• 四樓：自然科學、應用科學、社會科學區與語文類閱覽區
• 五樓：人文資料區、藝術資料區、語文專區與青少年區
• 地下一層：自修室（四百席）、罕用書刊區、停車場
• 地下二樓：停車場