La Biblioteca antica dell’Osservatorio contiene il nucleo della storica biblioteca di Leonardo Ximenes, costituito da circa 2000 volumi di Astronomia, Matematica, Meccanica, Idraulica, Geografia e Atti delle principali antiche accademie scientifiche.
In seguito fu arricchita poi dai Padri Canovai, Del Ricco e Inghirami fino alla attuale consistenza di circa 4200 volumi.
Ximenes attribuiva un grandissimo valore alla sua “libreria”, il cui ricco contenuto scientifico ci documenta l’elevato livello culturale dello scienziato e il cui fine arredo in legno di noce e ulivo - ancora oggi perfettamente conservato – ci dimostra concretamente la cura riversata nella conservazione dei suoi preziosi libri.
Egli lasciò per testamento nel 1786 tutta la libreria ad uso delle due cattedre di Astronomia e Idraulica da lui istituite nel Collegio di San Giovanni Evangelista di Firenze.