Библиотека проводит большую научно-исследовательскую работу по изучению своих фондов, и в первую очередь, фонда Отдела редких книг и книжных памятников, основу которого составляют книги и дореволюционные периодические издания, входившие в состав Астраханской общественной библиотеки с ее основания в 1838 г., а также фонды библиотек, упраздненных после 1917 года (Астраханской духовной семинарии, ряда дореволюционных учебных заведений, учреждений различных ведомств и т. п.). Жемчужиной фонда является коллекция книг и гравюр И.А. Репина.

Результаты исследований публикуются в сборниках научных трудов, материалах конференций, профессиональных и популярных журналах. Именно они и составляют содержание данной коллекции.