У роки Другої Світової війни значною мірою постраждали фонди бібліотеки, були знищені каталоги, бібліотечне обладнання. Але вже 1 травня 1944 р. розпочалося обслуговування читачів. У 1950-х роках бібліотека виконувала функції культурно-ідеологічного закладу, отримувала всесоюзний обов’язковий примірник документів, завдяки чого обсяг її фондів невпинно зростав.

У 1960-х роках Кіровоградська ОУНБ започаткувавши активну популяризацію творчості кращих письменників, поетів, літературознавців сучасності, насамперед вихідців з Кіровоградщини, постійно підтримує відкриття нових імен у літературі і мистецтві.

У 1980-х роках розпочався розвиток міжнародних зв’язків бібліотеки (на той час – з країнами соціалістичного табору), при ОУНБ стали діяти читацькі клуби та літературні студії («Жменя»).

Протягом 8 років тривало будівництво нової чотириповерхової споруди бібліотеки на розі вул. К. Маркса (нині їй повернуто історичну назву Велика Перспективна) і Гагаріна. Проект розроблено Кіровоградською філією інституту «Укрміськбудпроект». Головний архітектор проекту А. Гурбо, головний інженер А. Задніпряний. Для користувачів бібліотеку в новому приміщенні відкрито у 1982 р., відповідно до рішення Кіровоградської міської ради народних депутатів № 636-а від 5 липня 1982 р. «Про затвердження акту державної комісії на введення в дію обласної бібліотеки на 1 млн. 250 тис. томів у м. Кіровограді».

Загальна площа бібліотеки становить 7 854 кв. м. Обслуговування користувачів здійснюється в 9 галузевих та спеціалізованих читальних залах (380 місць); до їх послуг – також лекційна зала на 150 місць. Виставкові зали – відсутні, проте передбачено їх створення шляхом трансформації приміщень читальних залів, абонемента й коридорів книгозбірні.

З березня 1993 р., за ініціативою доктора філологічних наук, професора Кіровоградського державного педагогічного університету ім. Володимира Винниченка Л. В. Куценка, яку на загальних зборах підтримав колектив ОУНБ, бібліотека носить ім’я видатного земляка, всесвітньо відомого славіста, філософа, вченого-енциклопедиста, академіка Дмитра Івановича Чижевського.

1990-і роки для Кіровоградської ОУНБ ім. Д. І. Чижевського стали часом глобальних перетворень – втілення перших бібліотечних проектів, запровадження автоматизованих технологій оброблення та опису документів; створення електронного каталогу; започаткування власного веб-сайту, одного з перших суто бібліотечних в Україні (1998 р.); розвитку партнерських зв’язків з органами влади, громадськими організаціями регіону.

На сучасному етапі ОУНБ застосовує два типи бібліотечних технологій – традиційні і комп’ютерні. Серед проектів, що нині втілюються бібліотекою, пріоритетними є ті, котрі орієнтовані на потреби місцевої громади.

Сьогодні в бібліотеці діють 20 структурних підрозділів: відділи, що безпосередньо займаються обслуговуванням користувачів та відділи, на які покладено виробничі й технологічні процеси. Так, інформаційне обслуговування користувачів здійснюють відділи: абонемента; обслуговування користувачів; документів з економічних, технічних та природничих наук; краєзнавства; рідкісних та цінних видань; мистецтв; документів іноземними мовами; інформаційно-бібліографічного обслуговування, «Інтернет-центр» та відділ документів з питань медицини та охорони здоров’я, який відкрили восени 2018 року.

На базі ОУНБ діють інформаційно-ресурсні центри: Центр європейської інформації, Інформаційно-консультативний гендерний центр, Канадсько-Український бібліотечний центр, «Вікно в Америку», «Інтерсвіт» (для людей з вадами зору); Польський культурний центр. Понад 30 років працює кіноклуб «Екран», в якому демонструються кращі зразки інтелектуального, артхаусного кіно. Близько 10 років діє Клуб інтелектуальних ігор.

Бібліотека у взаємодії з громадськими інституціями, різними закладами і установами Кіровограда, творчими спілками є організатором та місцем проведення численних наукових, літературних, мистецьких заходів – конференцій, зустрічей з діячами культури і науки, виставок, презентацій. ОУНБ також бере дієву участь у реалізації програм неформальної освіти шляхом проведення різних тренінгів, лекцій, семінарів, майстер-класів, студій. Кожного року бібліотекою проводиться більше 2 тис. масових заходів, які відвідують мешканці та гості міста та області.

Помітною популярністю протягом останніх років користуються заходи в рамках соціокультурної діяльності бібліотеки – зустрічі з сучасними українськими письменниками, Краєзнавчі студії, заняття Вищої народної школи для осіб «третього віку», засідання англійського розмовного клубу, курси з вивчення польської мови, літні програми відпочинку дітей у книгозбірні «Бібліотека – острів фантазії і творчості», щорічна різдвяна акція «Щедрий вечір у бібліотеці ім. Д. Чижевського», традиційний «Бібліофестиваль на Великій Перспективній», перегляди фільмів міжнародного мандрівного фестивалю документального кіно про права людини Docudays UA, фотовиставки тощо.

Фонд ОУНБ – універсальний за змістом, містить документи 43 мовами світу. Він включає книги, періодичні та серійні видання, карти, ноти, альбоми, інші мистецькі видання, рукописи, стародруки, документи на нетрадиційних носіях. Сукупний обсяг фонду становить біля 800 тис. прим., у т. ч. : періодичні видання; документи на електронних носіях та іноземними мовами. Щороку до фондів ОУНБ надходить біля 10 тис. нових документів. Особливе місце в меморіальній функції бібліотеки належить збиранню і зберіганню з максимальною повнотою усіх краєзнавчих документів.

У фондах відділу рідкісних та цінних документів налічується понад 17 тис. видань, серед них – рукописи давньослов’янською мовою, датовані XV ст., стародруки І. Федорова, П. Мстиславця, видання Києво-Печерської друкарні з численними маргіналіями. Ядро фонду відділу складають книги Єлисаветградської публічної бібліотеки, які вдалося зберегти до нашого часу. У зібранні відділу зберігаються цінні книги з приватних книгозбірень – відомого кіровоградського колекціонера старовини, електрика за фахом О. Ільїна, польського композитора К. Шимановського, генерала від кавалерії О. Самсонова, письменника В. Винниченка, філософа Д. Чижевського, а також родинний архів Флоровських, дореволюційні періодичні видання, колекція мініатюрних видань, сучасні шедеври поліграфічного мистецтва. Довідково-бібліографічний апарат ОУНБ це – система каталогів і картотек та довідково-бібліографічних видань.

З 1997 р. ведеться електронний каталог який містить бібліографічні записи на всі види документів. Поповнюється він за рахунок бібліографічних записів на нові надходження документів, а також ретроконверсії карткового каталогу в електронний та включає такі бази даних (БД):
KNIGI – БД книг (ведеться з 1997 р.);
VIDEO – БД відеокасет (з 1999 р.);
OUNBP – БД періодичних видань (аналітичний опис документів, з 1997 р.);
INOST-NEW – БД відділу документів іноземними мовами (з 1997 р.);
INRE – БД іноземної періодики (з 1999 р.);
KINO – БД відеоресурсів іноземними мовами (з 2004 р.);
KRAY – БД документів з питань краєзнавства (з 1999 р.);
KPKK – регіональна БД аналітичних описів статей з газет, що виходять в Кіровоградській області (з 2000 р.);
VLADA – БД документів органів влади на Кіровоградщині (з 2002 р.);
FLOR – БД архіву родини Флоровських (з 2011 р.);
CHIZH – БД колекції Дмитра Чижевського (з 2010 р.);
ILYIN – БД колекцій відділу рідкісних та цінних документів (з 2004 р.);
ART – БД аналітичних статей з питань кіномистецтва (з 2001 р.; у 2009 р. законсервована);
MEDIA – БД документів на нетрадиційних носіях (з 2000 р.);
NOTY – БД нотних партитур (з 2001 р.);
BIBZN – БД документів з питань бібліотекознавства, що знаходяться в науково-методичному відділі ( з 2011 р.);
STATJ – допоміжна БД про наявність окремих номерів журналів та газет в Кіровоградській ОУНБ (з 1999 р.);
ELIB – БД електронної бібліотеки на сайті ОУНБ (з 2014 р.) є результатом пілотного проекту Кіровоградської ОУНБ ім. Д. І. Чижевського з каталогізування ресурсів Інтернет за допомогою Дублінського ядра метаданих.

У локальну інформаційну мережу бібліотеки об’єднано 123 комп’ютери; на веб-сайті представлено для вільного користування 542 повнотекстових документи, у т. ч. краєзнавчого змісту, а також Електронний музей книги (http://library.kr.ua/elmuseum/). Важливе місце відводиться науковій та науково-методичній діяльності. Науково-методичний відділ (у його складі діє сектор соціологічних досліджень) бере участь у формуванні регіональної бібліотечної політики, реалізації державних і розробленні обласних програм із розвитку бібліотечної справи. Він є методичним центром, головною базою передового досвіду та підвищення кваліфікації для працівників бібліотек області різного відомчого підпорядкування, навчальним центром із питань автоматизації для бібліотек Кіровоградщини та України. Бібліотека надає консультативну та практичну допомогу фахівцям області, організовує бібліотечні конференції, семінари, конкурси, проводить регіональні та локальні соціологічні дослідження. Зокрема, ОУНБ ім. Д. І. Чижевського ініціювала проведення регіональних заходів, спрямованих на методичне підтримання бібліотечної мережі області: ярмарків-конкурсів бібліотечних інновацій, конкурсів на кращу сільську бібліотеку, днів сільського бібліотекаря в ОУНБ, шкіл професійної майстерності, Школи молодого бібліотекаря, літніх майстерень, міжнародних науково-практичних конференцій, обласних семінарів-практикумів, тренінгів та майстер-класів.

Бібліотека видає науково-допоміжні, рекомендаційні бібліографічні посібники, науково-методичні та інформаційно-бібліографічні матеріали, рекламну продукцію тощо. Середній наклад друкованих видань бібліотеки – близько 100 прим. Водночас їх електронні версії доступні на сайті Кіровоградської ОУНБ – http://library.kr.ua/elib/ . Так, з 2006 р. ОУНБ видає збірник «Бібліотечна орбіта Кіровоградщини», в якому подаються статті провідних фахівців, методичні поради керівникам бібліотек області, консультації, висвітлюється кращий досвід роботи з обслуговування користувачів, результати наукових і соціологічних досліджень з актуальних напрямів діяльності бібліотек області. Вже видано 10 випусків збірника (2006, 2008, 2010–2012 рр., 2014-2018 рр.).

До 110-річчя ОУНБ ім. Д. Чижевського авторським колективом бібліотеки підготовлено і видано книгу «Бібліотека – свідок і творець історії» (2009), електронна версія – http://library.kr.ua/elib/ounb110.html. До ювілеїв видано також бібліографічні покажчики «Скарбниця знань»:
до 110 річчя вип. 1 (1899-2009 рр.)
до 120 річчя вип. 2 (2009-2019 рр.)

У 2014 році бібліотекою створено ювілейний бібліографічний покажчик «Кіровоградська область: поступ розвитку» з нагоди 75-річчя утворення Кіровоградської області.

Низку бібліотечних проектів реалізовано у формі компакт-дисків, що є унікальними документами з історії краю: «Автограф війни», «Голоси з війни», «Єлисаветградський абрис Якова Паученка», «Єлисаветградський абрис: персони українського театру». Видано також наукові та методичні збірники: «В майбутнє – разом з бібліотекою: роль бібліотек у соціокультурній інфраструктурі регіону», «Миротворче значення бібліотеки у формуванні толерантності і духовності суспільства», «Обласний форум сільських бібліотекарів Кіровоградщини», «Публічні бібліотеки Кіровоградщини», бібліографічні покажчики «Колекція кириличних стародруків в обласній універсальній науковій бібліотеці ім. Д. Чижевського», «Володимир Винниченко – письменник, філософ, публіцист, політик», «Закоханий у світ» (до 60-річчя від дня народження Л. В. Куценка), Карби одвічних істин Олександра Жовни», «Щоб народити іскру, треба спочатку увібрати в себе море світла…» (до 100-річчя від дня народження В. О. Сухомлинського), «Від Бюлетеня…до громадської газети (до 100-річчя «Кіровоградської правди»).

Бібліотека розвиває міжнародну співпрацю в галузі бібліотечної справи, підтримує зв’язки з бібліотеками різних країн та міжнародних професійних організацій шляхом реалізації спільних проектів, угод про співпрацю, регулярно проводить науково-практичні конференції тощо. Особливо тісними є зв’язки ОУНБ ім. Д. І. Чижевського з Ризькою центральною міською бібліотекою (Латвійська Республіка) та Дольношльонською публічною бібліотекою ім. Тадеуша Мікульського (м. Вроцлав, Польща).

Бібліотека є членом Української бібліотечної асоціації (УБА), з 1997 р. – Кіровоградської бібліотечної асоціації (КРБА).

Беручи активну участь у реалізації міжнародних проектів, бібліотека:
– з 2001 р. підтримує роботу інформаційно-ресурсного центру «Вікно в Америку», створеного з метою надання користувачам актуальної інформації про США та поповнення фондів ОУНБ англомовними виданням, сприяння взаєморозумінню між США і Україною. Центр є місцем проведення різноманітних заходів: виступів американських фахівців, працівників Посольства США в Україні, науковців, що працюють у рамках програми академічних обмінів ім. Фулбрайта, добровольців Корпусу Миру, а також семінарів, фотовиставок, лекцій, презентацій американських фільмів і літературних творів тощо;
– у 2003–2013 рр. ОУНБ ім. Д. І. Чижевського співпрацювала з програмою «Інтернет для читачів публічних бібліотек (LEAP)», яка була реалізована за підтримки Посольства США в Україні. Результатом співпраці стало відкриття у 2003 р. та подальший розвиток Інтернет-центру на базі бібліотеки;
– з 2008 р. у відділі документів іноземними мовами діє проект «Заочний абонемент» Ґете-Інституту в Україні (м. Київ). Його мета – забезпечення користувачів сучасними актуальними інформаційними матеріалами з Німеччини і про Німеччину. Пропонується широкий вибір сучасних друкованих та аудіовізуальних матеріалів німецькою мовою та в перекладі українською та іншими мовами;
– з 2009 р. бібліотека – регіональний партнер програми «Бібліоміст» (в рамках ініціативи «Глобальні бібліотеки» Фонду Білла і Мелінди Гейтс).

Результатом цієї співпраці стало відкриття на базі Кіровоградської ОУНБ регіонального тренінгового центру (2010 р.), що здійснює навчання бібліотечних фахівців області та користувачів використанню сучасних інформаційних технологій.

З 1990-х рр., однією з перших серед наукових книгозбірень України, ОУНБ активно впроваджує нові інформаційні технології, а саме: проект щодо створення регіонального інформаційного кооперативного ресурсу – Кіровоградський Регіональний Кооперативний Каталог. Учасники – 14 бібліотек області. Очолює проект – ОУНБ ім. Д. І. Чижевського; корпоративний БЛОГ бібліотеки для залучення віртуальних користувачів до наповнення контенту, подальшого розвитку веб-технологій; канал новин у форматі RSS, призначений для доставляння новин, анонсів, змін на сайті ОУНБ; бездротовий доступ до Інтернету за технологією Wi-Fi у приміщенні бібліотеки.

Бібліотека є також ініціатором створення та модератором Центрально-Українського кооперативного каталогу (ЦУКК), роботу над яким розпочато у 2000 р. Нині ЦУКК об’єднує 13 бібліотек. Програмне забезпечення для проекту ЦУКК розроблено ІТ-фахівцями ОУНБ ім. Д. І. Чижевського.

За успішну інноваційну діяльність колектив ОУНБ нагороджено Почесною грамотою Кабінету Міністрів України (2003), у 2011 р., з нагоди 20-ї річниці незалежності України, – найвагомішою почесною відзнакою області – «Честь і слава Кіровоградщини». Книгозбірню визнано переможцем у Всеукраїнському конкурсі «Бібліотека року – 2009», вона отримала Диплом першого ступеню УБА (2009), обласну краєзнавчу премію ім. В. Ястребова (2010). За значні трудові досягнення у сфері культури, вагомий внесок у створенні духовних цінностей та високу професійну майстерність колектив ОУНБ нагоджено Почесною Грамотою Міністерства культури України (жовтень, 2017р.).

У складні воєнні та перші повоєнні роки бібліотеку очолювали І. Косовська, Є. Бєлінський, О. Петренко, О. Соловйов. Найбільш вагомий внесок у розвиток ОУНБ здійснили М. Ф. Бабенко, О. М. Волохін, О. М. Гаращенко (директор бібліотеки з 1998-2020рр ; Засл. працівник культури України), Л. І. Демещенко (директор ОУНБ в 1983–1998 рр., Засл. працівник культури України), В. Г. Животовська (директор бібліотеки з 2020р.; Заслужений працівник культури України), М. С. Охріменко (Засл. працівник культури України), А. Ф. Журавльова, Л. П. Каменєва, В. А. Козлова, Є. Г. Літвінова, І. М. Мельцнер, Є. І. Наливайко, Т. А. Недашковська, П. М. Півняк, О. В. Ткаченко, С. А. Ушакова, Л. О. Циганкова, О. Чуднов, Л. Г. Шуменко, Е. М. Янчукова (Гончарова) та багато інших фахівців.