Основна будівля Національної бібліотеки України імені В.І. Вернадського побудована 1989 р. на ділянці площею 3 га. за проектом архітекторів "Київпроекту" Вадима Івановича Гопкала, Вадима Михайловича Гречини і Валерія Павловича Песковського.
Являє собою 27-поверховий комплекс, визначальною ідеєю якого є баштова будова книгосховища навколо вертикального транспортного стволу і горизонтальне стелюче розташування читальних та службових приміщень у стилобатній частині будівлі, що дозволяє розмістити читальні зали на одній площині.
Установки для кондиціювання повітря дозволяють підтримувати в приміщеннях оптимальну температуру та вологість. У читальних залах протягом години тричі проводиться обмін повітря. Завдяки обладнанню стелі цих залів скляними ліхтарями поліпшено освітлення робочих місць.
Вестибюль прикрашає монументальний живопис, виконаний у техніці енкаустики (восковий живопис) Володимиром Івановичем Пасивенко та Володимиром Михайловичем Прядко.
Полотно займає площу біля 300 квадратних метрів. Основна тема композиції полягає в розкритті головного призначення науки — захисту життя на землі. Ця тема передана художниками за допомогою тривимірного поділу всієї композиції.
Перша (нижня вертикальна частина) — "Діалог". У центрі зображений образ мислителя, з обох боків якого у вигляді грецьких оракулів — фігури, що уособлюють боротьбу протилежних ідей. Діалог між ними повинен привести до позитивного результату.
Друга (горизонтальна частина) — "Тривога". Обгорілі дерева, ерозія колись родючих грунтів, руїни Успенського собору в Києво-Печерській лаврі — це наше сьогодення.
Третя (верхня похила частина) — "Біль землі". Тут сюжети людських трагедій розкриваються в історичному ракурсі: з давніх цивілізацій (останки пам'яток Єгипту, Індії, Греції, Росії) до наших днів (палаючий Чорнобильський реактор, мертва земля, людська скорбота).
Центр композиції — образ матері, що грає з дитиною. Заради збереження цього символу звучить перемога людського розуму, зображена митцями у вигляді чарівного парубка, освітленого вогнем любові до людей і живої природи. Він захищає своїм тілом ширяючого у стрімкому стрибку блакитного оленя — символу чистоти води, землі та неба. Звучить ідея перемоги розуму.
У лівому крилі вестибюлю — конференц-зал на 360 місць, де проходять науково-практичні конференції та семінари, зустрічі з діячами науки і культури, лекції з актуальних питань сучасності. Тут можна поспілкуватися з колегами у дискусійному клубі, зустрітися з улюбленими акторами та письменниками, переглянути новий фільм чи відвідати концерт. Функціонує відеозал. У фойє конференц-залу експонуються виставки образотворчого мистецтва.
В центральному вестибюлі міститься відділ абонементу, який є важливою складовою частиною системи інформаційно-бібліотечного обслуговування. Він включає міжнародний, міжбібліотечний та індивідуальний абонементи. Абонементом книгозбірні користуються бібліотеки всіх систем і відомств, що робить її унікальні фонди доступними для будь-якого громадянина держави. Правом одержання літератури додому користуються читачі, які мають вчений ступінь, члени творчих спілок, працівники вищих органів державної влади, співробітники Президії Національної академії наук і бібліотеки.
Відразу за контрольно-пропускним пунктом з радіочастотною системою захисту фондів від несанкціонованого виносу знаходиться довідково-бібліографічний апарат, основу якого складають система каталогів і майже 200-тисячний фонд довідкових та бібліографічних видань. Вони надають читачу можливість виявити потрібні йому першоджерела і здійснити їх замовлення.
Фойє перед читальними залами прикрашає гобелен "Джерела слов'янської писемності" розміром 17 на 3,5 метри. Автори та виконавці — Марія Тимофіївна й Іван Семенович Литовченки. Використана техніка ручного ткацтва. Матеріал — шерсть, люрекс. Композиційне рішення гобелену обумовлене наявністю колон, які не дозволяють глядачу сприйняти всю площу одночасно. У центральній частині на фоні яскравого вогню зображені язичеські символи, які уособлюють образ створення світу, зародження писемності. Далі на зміну символічним образам приходять конкретні: давньоруський письменник і літописець Нестор, просвітителі слов'ян Кирило та Мефодій, український лексикограф і письменник Памво Беринда, російський і український першодрукар Іван Федоров, політичний і освітній діяч України київський митрополит Петро Могила. Ліва та права частини гобелену присвячені еволюції писемності в умовах інформатизації суспільства.
Спустившись по пандусних сходах вниз, читач потрапляє до зони відпочинку, де знаходяться клумби з квітами і м'які крісла. Поряд розташовано кафе.
B цілому архітектурно-планувальні та інженерні рішення, закладені в будівлі, сприяють підвищенню ефективності праці читачів та співробітників бібліотеки і забезпечують комфортні умови для їх роботи.