Theo các tài liệu, Lầu Tàng Thơ được xây dựng trên hồ Học Hải, Kinh thành Huế vào năm 1825 dưới thời Vua Minh Mạng.
Hơn 1.000 binh lính thời điểm đó được huy động để thi công Lầu Tàng Thơ.
Tổng thể kiến trúc Lầu Tàng Thơ được thiết kế khoa học nhằm đáp ứng chức năng cất giữ và bảo quản các sổ sách văn bản, giấy tờ quan trọng của triều đình.
Để tránh sự lây lan của hỏa hoạn, cũng như bảo vệ tư liệu gốc, công trình được thiết kế xây dựng giữa hồ Học Hải gồm 2 tầng đồ sộ, xây bằng gạch và đá, ngoài trát vôi, tường có độ dày 0,4m, mái lợp ngói đất nung.
Tầng trên 7 gian 2 chái, trổ nhiều cửa xung quanh, các gian thông thương với nhau bằng 3 lối cửa. Xung quanh xây lan can thông thoáng để không khí lưu chuyển nhằm tránh sự ẩm mốc. Tầng dưới 11 gian, xung quanh đều được xây lan can.
Lầu Tàng Thơ với chức năng lưu trữ các văn kiện về ngoại giao, văn kiện…
Sau khi Lầu Tàng Thơ xây dựng xong, vua Minh Mạng cho dựng bia vào năm 1826, ghi lại mục đích, chức năng và ý nghĩa của việc xây dựng.
Trải qua thời gian dài, Lầu Tàng Thơ được sử dụng với nhiều chức năng khác nhau, phần nào kết cấu bị hư hại nhiều dẫn đến công trình bị xuống cấp nghiêm trọng.
Năm 2014, Dự án trùng tu, phục hồi Lầu Tàng Thơ được phê duyệt triển khai, đến năm 2021 chính thức hoàn thành đưa vào sử dụng.
Lầu Tàng Thơ hiện đang lưu trữ tư liệu thành văn, tư liệu video và tư liệu hình ảnh.
Về tư liệu thành văn có hàng nghìn đầu sách và tư liệu, thuộc nhiều thể loại và dạng thức khác nhau, như: sách Hán Nôm, thư tịch cổ, các công trình biên khảo về nhà Nguyễn, sách mỹ thuật, kiến trúc, văn hóa, Phật giáo, tôn giáo...
Về tư liệu Hán Nôm dưới dạng thủ bản, phần lớn là bản gốc được viết tay trên giấy dó, ngôn ngữ chính là chữ Hán, một số viết bằng chữ Nôm. Các bản lưu kho, tích hợp lưu trữ đều dưới dạng các tệp số hóa.
Hầu hết nguồn tư liệu truyền bản thuộc dạng độc bản nên có giá trị tư liệu lịch sử rất cao.
Lãnh đạo Trung tâm Bảo tồn di tích Cố đô Huế cho biết, Lầu Tàng Thơ được công nhận là di tích cấp quốc gia (loại hình kiến trúc nghệ thuật) ngày 15/12/2004.
"Lầu Tàng Thơ sau khi chính thức đưa vào sử dụng tạo thêm 1 điểm tham quan mới cho người dân, du khách khi đến Huế. Đây là kho tư liệu quý giá, do đó cũng là địa chỉ học tập, nghiên cứu hấp dẫn cho những du khách muốn tìm hiểu về lịch sử, văn hóa triều Nguyễn", lãnh đạo Trung tâm Bảo tồn di tích Cố đô Huế chia sẻ.