Библиотека была основана 1 октября 1962 года. В 1976 году получила новое помещение по улице Большая Филевская, дом 43, в котором находится и сейчас.

12 апреля 1991 года в соответствии с решением исполкома Моссовета библиотеке присвоено имя писателя-натуралиста Виталия Валентиновича Бианки.

С 1991 года библиотека специализируется по экологическому просвещению подрастающего поколения и приоритетно комплектуется естественно-научной литературой на различных носителях информации. В библиотеке организовано новое структурное подразделение – Сектор экологического просвещения. Выделен отраслевой фонд естественно-научной литературы.

Детская библиотека им. В. В. Бианки в лице заведующей Полицыной Ирины Федоровны с 1992 года является официальным членом «Бианки-клуба» при Русском географическом обществе.

25 апреля 2013 года Детской библиотеке имени В. В. Бианки присвоен знак качества «Зеленая библиотека».

Фонд включает 23 000 экземпляров, ежегодно библиотеку посещают около 30 000 человек.