Da Haakon Nyhuus overtok ledelsen av biblioteket i 1898 og innførte en rekke forandringer etter amerikanske forbilder ble Deichmanske bibliotek det ledende bibliotek ikke bare i Norge, men i Norden. En milepæl var året 1914 da Grünerløkka filial flyttet inn i det første huset som var bygget spesielt til bibliotekformål i Norge. Hovedhuset på Hammersborg, som ble innviet i 1933, står som et annet høydepunkt. I etterkrigstiden er preget av filialutbygging, særlig 60- og 70-årene. I de senere årene har datateknologien gjort sitt inntog på biblioteket som overalt ellers i samfunnet. Biblioteksjef fra 1986: Liv Sæteren.
Biblioteket har nesten 270 ansatte fordelt på 16 avdelinger rundt i byen, i tillegg til flere spesialavdelinger. Skoletjenesten er Deichmanske biblioteks service- og kompetansesenter for grunnskolene i Oslo. Det flerspråklige bibliotek ble etablert som en egen avdeling i 1983. I dag finansieres driften delvis av Oslo kommune og delvis av staten. Det flerspråklige bibliotek er et nasjonalt kompetanse- og veiledningssenter på bibliotektilbud til innvandrere og flyktninger overfor landets fylkes- og folkebibliotek. Avdelingen er innkjøps- og katalogavdeling for litteratur på 40 språk, og låner ut enkeltitler og depoter til bibliotek i hele landet.
Bystyret i Oslo vedtok høsten 2009 at det skal bygges et nytt hovedbibliotek i Bjørvika.
Deichmanske bibliotek