菏泽市牡丹区图书馆前身是菏泽县立中山图书馆，始建于1928年7月。1930年与民众教育馆合并，成为民众教育馆的一个图书室。1949年菏泽县文化馆成立后，下设图书室。1956年9月文化馆、图书馆分家，正式成立菏泽县图书馆。1958年秋，又与文化馆合并。1966年“文化大革命”开始，图书室关闭，图书全部封存，直至1972年图书室才恢复正常工作。经过几次的分合和变迁，再加上文革的破坏，藏书损失惨重，图书馆基本上名存实亡。1983年县改市后，与文化馆分家，成立了菏泽市图书馆。1988年政府先后拨款114万元，在原址（菏泽老南华公园）扩建图书馆楼，1989年10月1日新馆建成正式对外开放，馆舍面积增加到2115平方米，藏书达62166册，阅览座席增加到240个。2009年，在第三次全国公共图书馆评估中，首次获得一级图书馆。2010年12月，菏泽撤地改市，随之改名为菏泽市牡丹区图书馆。2011年全面实施免费开放，服务窗口增加至12个。2013年，在第五次全国公共图书馆评估中，再次获得一级图书馆。2014年10月启动了“图书馆+尼山书院”建设。

截止目前，牡丹区图书馆藏书总量达177956册（件），其中，普通图书藏量129241册、件，期刊合订本9774册，报纸合订本8152册，连环画7459册，电子图书5633种/册，非书资料及视听文献17697种/册。数字资源总量为3.95TB。设有全国文化信息资源共享工程牡丹区支中心、尼山书院、外借部、报刊部、少儿部、采编辅导部、读者自助区七个分支机构，设有办公室、采编辅导部、普通图书外借部、过刊外借部、少儿借阅部、报刊阅览室、国学经典阅览室、盲文阅览室、公共电子阅览室、中控室、国学讲堂、少儿活动中心、陈列中心、鲁西南民间艺术品陈列室、资源加工室、传统文化体验区、数字资源借阅区和馆藏文献目录查询区等18个对外服务窗口和项目。拥有阅览座席340个，计算机52台，100Mbps宽带接入，实现了馆内WLAN全覆盖。

牡丹区图书馆一直坚持全年365天对外开放，特别是2011年全面实行免费开放以来，每周开放时间增加56小时。面向社会开展了讲座、展览、培训、阅读推广（包括读书朗诵比赛、送书下乡、图书馆服务宣传周、全民读书月、世界读书日宣传、流动服务、讲座）等，为丰富群众文化生活，提高群众文化素质，推动全民阅读发挥了职能作用。2011、2012、2013连续三年举办了读书朗诵大赛选拔赛，分别选拔三组选手代表菏泽市参加了第六、七、八届全省读者朗诵大赛，连续举办了三届少儿读书朗诵比赛。

先后被评为牡丹区文明单位、巾帼文明示范岗、行风建设先进单位、先进基层党组织、五一劳动奖状；被评为菏泽市先进基层党组织、巾帼文明示范岗、文化系统先进单位、市级文明单位领导；被评为山东省地方文献工作先进单位、山东省文化信息资源共享工程建设与服务先进集体、山东省读者喜爱的图书馆、山东省公共电子阅览室建设与服务示范县、尼山书院建设示范单位等。