Zbiory liczą ok. 15 000 woluminów starych druków i ok. 4 000 jednostek rękopiśmiennych. Obejmują druki wydane do 31 grudnia 1800 r., niezależnie od ich tematyki i formy (książki, czasopisma, atlasy) oraz rękopisy (w tym maszynopisy) niezależnie od daty ich powstania i treści.
W zbiorze starych druków do najcenniejszych kolekcji należą 83 inkunabuły, kilka rzadkich druków, np. fragmenty pierwszej polskiej książki kucharskiej z XVI wieku oraz takie skarby, jak druki z szesnastowiecznego księgozbioru króla Zygmunta Augusta, z biblioteki Stanisława Augusta Poniatowskiego oraz z Biblioteki Załuskich.
W zbiorze rękopisów znajdują się cenne dokumenty pergaminowe, m. in. bulla papieża Aleksandra VI z 1492 r z ołowianą pieczęcią. Największą jednak część zbioru stanowią rękopisy z XIX wieku. Są to między innymi autografy Zygmunta Krasińskiego, Józefa Ignacego Kraszewskiego, Elizy Orzeszkowej, Henryka Sienkiewicza, Teofila Lenartowicza czy spuścizna Bolesława Prusa oraz zespoły akt takich instytucji, jak Szkoła Główna Warszawska czy archiwum „Przeglądu Tygodniowego”.
Informacje o zbiorach można uzyskać na podstawie katalogów i kartotek kartkowych opracowywanych w Dziale Starych Druków i Rękopisów, a także korzystając z drukowanych katalogów zbiorów: Katalogu rękopisów Biblioteki Publicznej m. st. Warszawy. T. 1-2, Katalogu starych druków Biblioteki Publicznej m. st. Warszawy. (część 1: Inkunabuły, część 2: Polonica XVI w., część 3: Polonica XVII w.)
Ze względu na szczególną wartość zbiory udostępniane są w Czytelni Starych Druków i Rękopisów jedynie w wyjątkowych przypadkach: do celów naukowych lub wydawniczych. Osoby nie będące samodzielnymi pracownikami nauki mogą korzystać ze zbiorów Działu na podstawie zaświadczeń (np. z uczelni) lub po uzyskaniu zgody Dyrekcji Biblioteki. Część zbiorów udostępniana jest wyłącznie w postaci mikrofilmów.
