Bis zur Vollendung des eigenen Gebäudes war das Polytechnikum auf verschiedene Orte der Stadt verteilt. Die Bibliothek erhielt 1856 ein einziges Zimmer im "Hinteramt", dem alten Sitz der Universität. 1861 zog sie in den Strauhof um.

Ab 1863 belegte sie Räume auf dem ersten Stockwerk im neuen Hauptgebäude des Polytechnikums. 1900 konnte sie sich in das darunter liegende Geschoss ausbreiten, heute Standort der Graphischen Sammlung. 1923 wurde die Bibliothek in die oberste Etage unter die kurz zuvor errichtete Kuppel verlegt.

Der stetige Bestandeszuwachs verursachte eine chronische Raumnot, der mit ver­schiedenen Ausbauten im Dachgeschoss begegnet wurde. Nach der Unterkellerung des Gebäudes 1962-1975 fand die Bibliothek hier weiteren Magazinplatz. 1985 bezog sie zusätzlich ein Depot auf dem Hönggerberg.

Die räumliche Situation im Hauptgebäude bescherte der ETH-Bibliothek lange Transportwege. Sie führten zu technischen Neuerungen wie einer Rohrpost für Buchbestellungen und Buchförderbändern. Schliesslich mündete die Auto­matisierung der einzelnen Betriebsabläufe in das eigene Computersystem ETHICS mit dem ab 1985 angebotenen elektronischen Bibliothekskatalog.