La bibliothèque de Versailles est particulièrement réputée pour son fonds musical. Il trouve son origine dans la bibliothèque de la Musique du roi, Louis XIV souhaitant en effet rassembler "tout ce qui se fait de plus beau en musique, tant pour la Chapelle que pour la Chambre", depuis ses prédécesseurs Henri IV et Louis XIII. C'est François Fossard, symphoniste de la Chapelle Royale et petit violon du roi, qui fut tout d'abord chargé de copier ces partitions, avant d'être assisté à partir de 1684 d'André Danican Philidor, qui fit copier la majeure partie d'une série d'ouvrages de musique, de ballets, d'opéras et de musique instrumentale ou religieuse. Il s'appropria alors le travail et fit disparaître le nom de Fossard en apposant sur les volumes de la bibliothèque un ex-libris. Cette entreprise donna naissance à la bibliothèque de la Musique du roi, composée aussi bien d'imprimés, notamment de partitions de messes ou ou d'opéras, que de manuscrits, parmi lesquels des oeuvres lyriques et instrumentales, des symphonies, sans oublier des airs de grands compositeurs de l'époque comme Lully et Rameau, ou encore les motets de Lalande. La collection Philidor fut ainsi nommée au 19ème siècle. Elle est aujourd'hui conservée en deux lieux distincts : Versailles et la Bibliothèque nationale de France, et vaut à la bibliothèque de Versailles de figurer parmi les pôles associés de la BnF.
La seconde collection venue alimenter le fonds musical ancien de la bibliothèque centrale provient de la maison d'éducation Saint-Louis à Saint-Cyr. Elle disposait en effet de nombreux documents destinés aux demoiselles de l'établissement, constitué essentiellement de chants en l'honneur de Louis XIV ou de Madame de Maintenon, mais aussi de partitions de compositeurs comme Clérambault, Moreau et Nivers.
Figurent également dans le fonds de musique imprimée les collections de Mesdames, filles de Louis XV, de la famille de Conti ou du comte de Toulouse, fils de Louis XIV et de Madame de Montespan. Il continua de s'enrichir au 19ème siècle avec l'acquisition par la Ville dans les années 1840 des partitions du Théâtre des Variétés de Versailles.
En outre, les héritiers d'Augusta Holmès, compositrice née à Versailles en 1847, léguèrent ses partitions et un grand nombre de ses livres d'histoire de la musique à la bibliothèque de Versailles.
Enfin, la collection a été complétée par la donation des héritiers du compositeur Alexandre Boëly (1785-1858), composée d'un ensemble de ses manuscrits, notamment ses interprétations de Bach, et plus récemment sa transcription de ...