烏日分館，前身於民國71年啟用於舊址，但因藏書量不足15,000冊，直到民國75年間始達到標準，命名為臺中縣烏日鄉立圖書館。因舊址館舍狹隘，爰另覓地重建新館，復於民國94年2月完工遷入現址，同年3月2日於現址落成啟用迄今，現址為地下一層、地上五層之獨棟大樓，總樓面積3,112平方公尺，提供民眾完善的閱讀學習場域。民國99年12月配合縣市合併，更名為臺中市烏日區圖書館，105年3月1日因應臺中市立圖書館成立，正式更名為臺中市立圖書館烏日分館。豐富的館藏、資訊設備、視聽設備，加上最新、最便捷的服務，烏日區的快樂讀書人，從此有了舒適的閱覽空間。
　　為提供更舒適及友善的閱覽空間，於民國104年6月起進行閱讀環境改善工程，105年5月31日起重新開館使用，改善後之空間，落實了分齡分眾之閱讀區域，包括一樓為樂齡區、期刊報紙、新書展示區及主題書展區。二樓為嬰幼兒區、兒童閱覽區及多元文化區。三樓為中外文圖書區、臺中學專區及鐵道文化館藏特色區。四樓為青少年閱覽區、資訊檢索區、討論室及小團體視聽區。五樓為自習室及多功能活動室。