La Biblioteca Guarnacci ha avuto origine nel Settecento con il lascito dei circa 7.000 volumi appartenuti a Mons. Mario Guarnacci, ai quali si aggiunsero nel tempo altre donazioni. Ospitata presso Palazzo Vigilanti, possiede attualmente circa 50.000 volumi, tra cui manoscritti, codici miniati, incunaboli e cinquecentine. Tra i fondi conservati si segnalano l'Archivio Diplomatico (secoli X-XIX), l'Archivio Maffei (secoli XIV-XIX), l'archivio della Guardia Nazionale (1860-70), il fondo Pacciani (secolo XIX) e il fondo Funaioli (secoli XIX-XX).

È conservata, in deposito, anche la Biblioteca dell'Accademia dei Sepolti, che comprende l'Erbario Amidei, raccolto da Gaspero Amidei a metà Ottocento. L'erbario si compone di esemplari della flora della Val Tiberina, dell'Appennino Lucchese e di aree del Pisano e Volterrano. Sono presenti alcuni campioni appartenenti al più antico Herbarium Chiostri, raccolto da Lorenzo Chiostri. L'erbario fu donato da Amidei al Comizio Agrario di Volterra, dal quale passò all'Accademia dei Sepolti; formato in origine da oltre 2.000 campioni, si era ridotto a 850 già alla fine del secolo XIX a causa del cattivo stato di conservazione, ma è tutt'oggi considerato la più importante raccolta di piante del Volterrano. Nel biennio 1984-86 è stato sottoposto a intervento di restauro.