Contiene una colección de monografías sobre la materia formada por más de 10.000 volúmenes, una colección de las más importantes revistas especializadas en dicha área y una sección de obras de referencia con más de 1.000 títulos. Entre sus fondos, destaca la donación de Peregrín Casanova, con una nutrida colección de textos darwinistas.

Posee un fondo de más de treinta mil volúmenes, entre los que se hallan unos 3.000 libros médicos de los siglos XVI al XVIII, unos 15.000 libros de los siglos XIX y XX, así como colecciones de importantes revistas del Setecientos y el Ochocientos. Su núcleo originario fue el fondo antiguo de la Biblioteca de la Facultad de Medicina de la Universitat de València, al que después se han sumado las donaciones que desde hace más de cien años vienen haciendo de forma continuada médicos valencianos y del resto de España. Entre las más antiguas destacan dos figuras de la pasada centuria: la de León Sánchez Quintanar, notable por su riqueza en valiosos ejemplares de libros renacentistas y barrocos; y la de Enrique Ferrer Viñerta, fundamentalmente de tema quirúrgico.
Entre las donaciones del siglo XX sobresale la del psiquiatra e historiador de la medicina Vicente Peset Llorca (Sevilla, 1914–Valencia, 1981) –que da nombre a la biblioteca del instituto–, entre cuyos trabajos sobresalen sus estudios sobre el ambiente médico valenciano en torno a Gregorio Mayans, recogidos en sus libros Mayans y los médicos (1972) y Gregori Mayans i la cultura de la Il.lustració (1975). Tras su fallecimiento, su hermano Juan Peset Llorca donó al instituto su biblioteca, incluidos sus ficheros, papeles y notas de investigación.

El Observatorio actual fue creado en 1909 por Ignacio Tarazona y Blanch (1859-1924), catedrático de cosmografía y física del globo de la Universitat de València. La biblioteca, de temática variada, está formada por obras de astronomía, matemáticas, historia, ciencias naturales, pedagogía, gramática, etc., especialmente de los siglos XIX y XX, algunas de ellas con notables grabados. Está integrada por los libros y revistas adquiridos por el Observatorio y por la biblioteca personal de Tarazona, que fue legada a la universidad tras su fallecimiento.

Reúne una parte del inmenso trabajo realizado por el médico e investigador José Rodrigo Pertegás (1854-1927) en diversos archivos de la ciudad de Valencia, de donde se dedicó a extractar y copiar documentación de carácter muy variado y todo tipo de noticia que hiciera referencia a la medicina (datos biográficos y biobliográficos, epidemias, aspectos sanitarios, profesionales y ejercicio médico en Valencia, etc.). De este modo, contiene información historicomédica procedente de archivos accesibles en la actualidad, como el Archivo del Reino o el Municipal, y de archivos hoy desaparecidos, como es el caso de los archivos parroquiales.