La collezione ereditata da Padre Martini costituisce una delle raccolte più prestigiose per il repertorio di musica a stampa dal '500 al '700, per i suoi incunaboli, per i preziosi manoscritti, per i libretti d'opera, nonché per la singolare raccolta di autografi e lettere, frutto di un carteggio da lui accuratamente tenuto con personaggi eminenti, studiosi e musicisti dell'epoca. Scampato alle confische napoleoniche grazie all'intervento di Stanislao Mattei, discepolo e successore di Martini, nel 1816 il prezioso patrimonio bibliografico fu donato al Liceo musicale di Bologna, che era stato istituito nel 1804 presso l'ex convento degli Agostiniani, nella chiesa di San Giacomo Maggiore.
La biblioteca si accrebbe sensibilmente nel corso dell'800 e della prima metà del '900, grazie non solo al deposito dei materiali prodotti dall'attività didattica del Liceo (furono allievi del Liceo numerosi personaggi illustri, tra i quali Rossini, Donizetti e Respighi e ne furono direttori Mancinelli, Martucci e Busoni), ma anche agli acquisti mirati di volumi rari e di pregio voluti da Gaetano Gaspari, nominato bibliotecario nel 1855. Questi diresse la Biblioteca per molti anni con uno zelo e una sapienza singolari, riuscendo, dopo anni di impegno e di fatiche costanti, a ordinare e schedare in modo esemplare tutto il materiale librario (da cui la pubblicazione postuma del Catalogo della Biblioteca del Liceo Musicale di Bologna che porta il suo nome, ora disponibile anche on line[1]).
Nel 1942, allorché il Liceo musicale venne trasformato in istituzione statale - Regio Conservatorio di Musica - il Comune di Bologna scelse di mantenere la proprietà del patrimonio bibliografico di Padre Martini e della annessa quadreria, per la cui conservazione e valorizzazione è stato istituito nel 1959 il Civico Museo Bibliografico Musicale. Il Civico Museo Bibliografico Musicale ha assunto nel 2004 la nuova denominazione di "Museo internazionale e biblioteca della musica", con l'inaugurazione della sede museale di Palazzo Sanguinetti, nel centro storico di Bologna. L'Istituto viene inizialmente suddiviso in due sedi: un'ampia selezione di volumi, dipinti, strumenti musicali è esposta nelle sale museali di Strada Maggiore 34 (palazzo Sanguinetti), e gran parte del materiale bibliografico nella sede di Piazza Rossini 2 (ex Convento di San Giacomo), in locali annessi al Conservatorio di musica G. B. Martini. Oggi le due sedi si sono riunite. La biblioteca di Piazza Rossini 2 è stata chiusa e i servizi della biblioteca sono stati riattivati nella sede del Museo di Strada Maggiore 34.