Centralną Bibliotekę Pedagogiczną w Zielonej Górze powołano w marcu 1951 roku decyzją Wydziału Oświaty Wojewódzkiej Rady Narodowej, a organizację powierzono Marianowi Makarewiczowi. Po kilku miesiącach nastąpiła zmiana nazwy na Pedagogiczna Biblioteka Wojewódzka i zmiana na stanowisku dyrektora. Od września 1951 roku do 1969 roku Biblioteką kierował Jan Zeman, który rozpoczął systematyczne gromadzenie zbiorów o profilu humanistyczno-pedagogicznym oraz zajął się tworzeniem sieci bibliotek pedagogicznych w województwie zielonogórskim. Kolejno powstawały powiatowe biblioteki pedagogiczne w Świebodzinie (1951), Głogowie, Gorzowie Wlkp., Międzyrzeczu, Kożuchowie, Nowej Soli, Sulechowie, Sulęcinie, Żaganiu i Żarach (1952), Krośnie Odrzańskim (1953), Skwierzynie, Strzelcach Krajeńskich, Szprotawie (1954), Gubinie, Lubsku, Wschowie i Słubicach (1956). W sumie powołano 17 powiatowych bibliotek pedagogicznych podległych merytorycznie PBW w Zielonej Górze.

Mimo bardzo niekorzystnych warunków lokalowych w ciągu pierwszego dwudziestolecia zbiory biblioteki wojewódzkiej wzrosły z 3 tysięcy w 1951 roku do ponad 60 tysięcy w 1970 roku a ilość czytelników systematycznie wzrastała w związku z przejęciem zadania wspierania doskonalenia kadr oświatowych. Pod koniec lat 60-tych rozpoczęto budowę gmachu zaprojektowanego specjalnie na potrzeby biblioteki wojewódzkiej. W latach 1970-1974 biblioteką pedagogiczną kierował Jerzy Kozłowski, a był to czas reformy systemu oświaty i dostosowywania bibliotek do nowych zadań.

Od maja 1974 roku funkcję dyrektora PBW powierzono Danucie Saniewskiej, która w okresie 13 lat pełnienia tej funkcji stworzyła w Bibliotece znakomity warsztat informacyjny. W czerwcu 1975 roku zakończyły się problemy lokalowe PBW, która przez 24 lata funkcjonowała na poddaszu budynku przy ul. Bolesława Chrobrego 21 (1951-1953) w 2-izbowym pomieszczeniu przy Placu Słowiańskim 9 (1954-1956), w Szkole Podstawowej przy ul. Strzeleckiej 9 (1957-1963) i w budynku przy ul. Sienkiewicza 10 (1964-1975).

Nowy lokal w budynku przy al. Wojska Polskiego 9 liczy ponad 1300 m2 i jest przystosowany do działalności bibliotecznej: duże jasne pomieszczenia czytelni, ustawne magazyny na wyższych piętrach, windy towarowe z magazynu do wypożyczalni i duża sala szkoleń. Każdy wydział otrzymał oddzielne pomieszczenie co znacznie uspraw¬niło działalność i umożliwiło jej rozszerzenie.

Rok 1975 to czas reformy administracyjnej: likwidacja powiatów i utworzenie 49 małych województw. Działające od lat 50-tych powiatowe biblioteki pedagogiczne zostały włączone do biblioteki wojewódzkiej jako filie w składzie pomniejszonym o 8 placówek, które znalazły się na terenie innych województw (Głogów, Gorzów Wlkp., Międzyrzecz, Skwierzyna, Slubice, Strzelce Krajeńskie, Sulęcin i Wschowa). PBW w Zielonej Górze w pełnym zakresie obsługiwała 10 filii z siedzibami w Gubinie, Krośnie Odrzańskim, Lubsku, Nowej Soli, Sulechowie, Szprotawie, Świebodzinie, Żaganiu i Żarach oraz w Wolsztynie, który znalazł się w granicach województwa zielonogórskiego.

W 1979 roku pod patronatem Wojewódzkiej Rady Postępu Pedagogicznego na bazie filii PBW w Nowej Soli, Świebodzinie, Wolsztynie i Żarach utworzono eksperymentalne Rejonowe Ośrodki Postępu Pedagogicznego (ROPP), których zadaniem, obok działalności bibliotecznej, było tworzenie warunków ułatwiających doskonalenie zawodowe nauczycieli w rejonie oraz inspirowanie działań innowacyjnych kadry pedagogicznej. W 1984 roku decyzją Kuratora Oświaty i Wychowania nr 32/1984 z dnia 12 października 1984 roku w sprawie ustalenia stanu prawnego rejonowych bibliotek pedago¬gicznych wszystkie placówki terenowe zobowiązane zostały do realizowania zadań wypracowanych przez eksperyment z Rejonowymi Ośrodkami Postępu Pedagogicznego oraz uzyskały samodzielność zmieniając nazwę na rejonowe biblioteki pedagogiczne.

Dnia 16 października 1987 r. za kierownictwa Aleksandry Zjawin (1987-1990) Bibliotece nadano imię profesor Marii Grzegorzewskiej – humanisty, pedagoga, twórczyni Instytutu Pedagogiki Specjalnej, a rok później, z okazji 100-lecia urodzin Patronki, na II piętrze budynku dokonano odsłonięcia tablicy pamiątkowej.

Od 1 stycznia 1991 roku (do końca czerwca 1997) funkcję dyrektora PBW pełnił Dariusz Świdkiewicz, a rejonowe biblioteki pedagogiczne jako filie wróciły pod pełną opiekę biblioteki wojewódzkiej. Lata 90-te dla Biblioteki były okresem licznych spotkań autorskich, wykładów, lekcji bibliotecznych dla uczniów, seminariów dla nauczycieli, konferencji w celu przybliżenia pedagogom problemów edukacji czytelniczej ucznia.

Od 1 lipca 1997 roku funkcję dyrektora powierzono Stefanii Krystynie Nowickiej. W 1999 roku w wyniku reformy administracyjnej kraju filia w Wolsztynie została przekazana bibliotece poznańskiej (województwo wielkopolskie), a w strukturze PBW znalazła się filia we Wschowie.

1 września 2007 roku stanowisko dyrektora PBW objęła Marzena Szafińska-Chadała. W swoim programie „Komputeryzacja – Komunikacja – Współpraca” określiła nowe priorytety w zarządzaniu placówką. W grudniu 2008 roku zapoczątkowano proces komputeryzacji placówki. Zainstalowano oprogramowanie biblioteczne Prolib Marc21, dzięki któremu czytelnicy mogą zamawiać nasze zbiory za pośrednictwem katalogu on-line.

W ostatnich latach redukcji ulegała liczba filii. W 2009 roku Uchwałą Sejmiku Województwa Lubuskiego zlikwidowano filie: w Gubinie, Krośnie Odrzańskim i Sulechowie, rok później (2010) kolejną w Nowej Soli. W 2016 podjęto decyzję o zamknięciu pozostałych filii, mających siedziby w: Lubsku, Szprotawie, Świebodzinie, Wschowie, Żaganiu i Żarach.

W 2014 roku nastąpiło zakończenie wprowadzania zbiorów do komputerowej bazy danych, co ułatwiło czytelnikom dostęp do nowych zbiorów.