Dans l’ancienne Sorbonne, reconstruite au début du XVIIe siècle à l’initiative du cardinal de Richelieu par l’architecte Jacques Lemercier, la bibliothèque de l’Université est assez mal installée dans une suite de salles situées au quatrième étage des ailes nord et ouest du bâtiment et non dans la galerie où se trouvait la bibliothèque du collège. Elle végète pendant une vingtaine d’années.
En 1844, l’arrivée de Philippe Le Bas à la tête de l’établissement (qu’il dirige jusqu’en 1860) marque ce qui peut être considéré comme la seconde fondation de la bibliothèque, appelée officiellement et pour la première fois, de 1846 à 1861, bibliothèque de la Sorbonne : divisée en cinq départements, celle-ci est maintenant ouverte tous les jours (sauf dimanches et jours fériés) ; les livres sont redistribués selon un nouveau cadre de classement ; une véritable politique documentaire est élaborée, poursuivie par Léon Renier qui dirige l’établissement de 1860 à 1885. Les collections s’enrichissent rapidement : 39 451 volumes en 1846, 77 500 volumes en 1867, 300 000 volumes en 1885.