İstanbul ili Eminönü ilçesinde, Ayasofya Müzesi’nin içerisinde bulunan kütüphaneyi Sultan I. Mahmut (1730–1754) 1736 yılında yaptırmıştır.

Kütüphane çinileri, sedef kakmalı dolap kapakları, Edirnekâri bezemeleri, yazı frizleri, tunç şebekeleri ile kendine özgü bir yapıdır. Çiçek bezemeli tunç şebeke ile Ayasofya’nın iç mekânından ayrılan, dışarıda da iki büyük Osmanlı payandasının arasına yerleştirilen kütüphane okuma salonu, hazine-i kütüp (kitap muhafaza salonu) ve her ikisini birbirinden ayıran koridordan meydana gelmiştir.

Kütüphanenin 5.30x7.60 m. ölçüsünde dikdörtgen planlı okuma salonunun duvarları XVI.-XVIII. yüzyıla tarihlendirilen çinilerle bezenmiştir. Bu çini panoların üzerlerine çivit mavisi zemine beyaz celi-sülüs yazı ile Besmele, Haşr suresinin 22.ayeti, Haşr suresinin 23.ayetinin baş kısmı ve Esma-i Hüsna yazılmıştır. Bu yazının ortasına da Kelime-i Tevhit ve altına da yeşil çinilerle bordür içerisine alınmış yedi renkli somakiden Sultan I. Mahmut’un tuğrası yerleştirilmiştir.

Ayasofya ana mekânından mukarnas başlıklı dört tam, iki yarım sütunun taşıdığı camekânla ayrılan okuma odası küçük avluya bakan üç pencere ile aydınlatılmıştır. Yakın tarihlerde yapılan onarımla da üzeri ahşap bir tavanla örtülmüştür. Okuma odası ile hazine-i kütüpü birleştiren koridor XVI.-XVIII. yüzyılın çini ve dua yazılı frizleri ile bezenmiştir. Ancak buradaki yazılar onarım sırasında çinilerin yer değiştirmesinden ötürü bütün olarak okunamamıştır.

Hazine-i Kütüp, 9.70x5.80 m. ölçüsünde dikdörtgen planlı olup, ikisi duvarlara yapışık stalaktit başlıklı yarım, ikisi de tam olmak üzere dört mermer sütun ve üst örtü ile ayrılan iki bölümden meydana gelmiştir. Koridordan demir bir kapı ile içerisine girilen hazine-i kütübün üzerinde Besmele yazılıdır. Bu kapıdan içeriye girildiğinde 6.00x5.80 m. ölçüsündeki mekânın ortasına ahşap kütüphane yerleştirilmiş ve üzeri de kubbe ile örtülmüştür. Kubbe kasnağındaki siyah zeminde sarı renkli celi yazılı Fıtr suresinin 29–35. ayeti kerimeleri bulunmaktadır. Sultan I. Mahmut’un giriş kapısı üzerindeki tuğrasının altına da on beş beyitlik, yeşil zeminli talik yazılı yapım kitabesi yerleştirilmiştir.

Hazine-i Kütübün kubbeli, beşik tonozlu mekânları alçı kabarma çiçeklerle bezenmiştir. Duvarlardaki yedi gömme kitap dolabı ince tel örgü kapaklıdır. Bunun üzerinde de Sultan I.Mahmut devri bezemelerini yansıtan motifler bulunmaktadır.

Sultan I.Mahmut Kütüphanesi’ndeki çiniler İznik, Kütahya ve Tekfur Sarayı çinileri olup, bunlar bir arada karışık olarak kullanılmıştır. Kütüphanenin yapımında çini fırınlarına sipariş verilmesi yerine piyasada bulunan çiniler toplanmış ve buraya yerleştirilmiştir. Koridorda ise XVI. yüzyıl çini sanatında çok sık kullanılan bahar açmış çiçek dalları ve karşılıklı panolarda da iki selvi ağacı görülmektedir. Bu çini panolar bilinmeyen bir tarihte yerlerinden sökülmüş ve buraya benzeri taklit panolar yerleştirilmiştir.

Sultan I.Mahmut Kütüphanesi’nin yapımı tamamlandıktan sonra Saray-ı Hümayun’daki kitaplardan bir bölümü buraya gönderilmiştir. Muzaffer Gökman buradaki 4863 yazma eserin Sultan I. Mahmut, 113’ünün Şeyhülislâm Sadeddin Efendi ve 22’sinin de vakıflarının belli olmadığını belirterek 4998 kitap olduğundan söz etmiştir.

Ayasofya Kütüphanesi’ndeki kitaplar belirli dönemlerde tasnif edilmiş ve iki fihrist defteri ile bir basılı fihrist kitabı ortaya çıkarılmıştır. Günümüzde Ayasofya Kütüphanesi’ndeki kitaplar Süleymaniye Kütüphanesi’ndedir.