La importancia y la cantidad de los fondos que componen la colección de la Biblioteca de la Universidad Complutense hacen de ésta una de las bibliotecas españolas más importantes. Las características principales de la colección son su elevado grado de especialización, como es normal al tratarse de una biblioteca universitaria; una amplia variedad temática, dada la gran cantidad de Facultades y Escuelas de todas las áreas generales de conocimiento, exceptuando algunas ingenierías; y su extensión temporal: la colección se inició en 1499, cuando el Cardenal Cisneros fundó en Alcalá de Henares el Colegio Mayor de San Ildefonso, primer colegio de la futura Universidad de Alcalá de Henares, donde promovió la creación de una "librería". A lo largo de los siglos siguientes, la evolución de la colección se halla en estrecha dependencia de la de la propia Universidad.

En el siglo XVIII se crea un grupo de instituciones educativas, cuyos estudios, junto con los de la antigua Universidad de Alcalá de Henares, pasarían a formar parte de la nueva Universidad Central, fundada en Madrid en 1836. Las Facultades establecidas entonces heredaron los libros de aquéllas instituciones. Así, la Facultad de Jurisprudencia y Teología recibió los fondos de la Universidad de Alcalá; la de Medicina, los del Real Colegio de San Carlos de Medicina y Cirugía; las obras de botánica y ciencias naturales del Real Colegio de Farmacia, que pocos años después recibiría el título de San Fernando, pasaron a la Facultad de Farmacia; las colecciones de los Reales Estudios de San Isidro, compondrían la primera colección de la Facultad de Filosofía, ampliada posteriormente con los fondos de la Escuela Superior de Diplomática y de la Escuela Superior de Magisterio; y las colecciones de la Escuela de Veterinaria pasarían a la Facultad de Veterinaria. A mediados del siglo XIX se crea la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, más tarde, la Facultad de Ciencias, cuyas colecciones pasarían a las bibliotecas de las distintas facultades de Ciencias. Asimismo, la colección de la Escuela Superior de Pintura, Escultura y Grabado, pasó a la Biblioteca de la Universidad al incorporarse dicha Escuela a la Universidad Central a mediados del siglo XIX.

En 1930, la Universidad cambia su nombre por el de Universidad de Madrid y en 1970 pasa a denominarse Universidad Complutense de Madrid. En esta época y desde entonces hasta finales del siglo XX experimenta un crecimiento en todos los órdenes, también en la creación de bibliotecas de Facultades y Escuelas Universitarias. Durante las últimas décadas del siglo XX se centraliza la gran mayoría de las colecciones departamentales en las bibliotecas de centro, favoreciendo su difusión y su gestión profesional.

En la actualidad, la colección de la Biblioteca Complutense consta de un conjunto importante de obras antiguas: en torno a 3.000 manuscritos (además de otros 11.000 manuscritos posteriores a la imprenta), 732 incunables, más de 179.000 libros impresos de los siglos XVI al XIX y varios cientos de grabados y libros de estampas. La colección moderna se encuentra formada por, aproximadamente 3.000.000 de libros, 42.000 fondos de publicaciones periódicas entre abiertas y cerradas, 17.000 películas, 7.500 microformas, 8.000 discos de música, 27.000 discos ópticos, 41.000 mapas, tesis doctorales y otras colecciones especiales, integradas por dibujos de academia antiguos, estampas, kits educativos y multimedia, partituras, tests psicológicos y obras en braille, así como por una amplia colección de documentos electrónicos.

Desde la última década del siglo XX, la colección de la BUC se ha ido incrementando y complementando con diversos tipos de recursos electrónicos. En la actualidad, se dispone de acceso licenciado a más de 200, entre bases de datos de índices y resúmenes, bases de datos con revistas a texto completo, colecciones de revistas electrónicas, portales científicos, bases de datos económicas y jurídicas, obras de referencia, etc. Asimismo, forman parte de la colección otros recursos digitales de producción propia: libros en "dominio público" digitalizados, archivo de e-prints, tesis doctorales y revistas científicas complutenses.