虹口区图书馆总馆（水电路1412号）于2010年12月28日落成开放，面积达6784平方米，是一座集借、阅、藏、查、观、听为一体，兼具阅读与休闲功能的综合型区级公共图书馆。

2024年8月15日，总馆经整体修缮后重新向市民读者开放。一楼大厅通透敞亮，中庭挑空装饰书墙上嵌有中外文人学者对图书馆、书本、阅读的传世名言。近门处设有“文化三地”“虹口底蕴”等主题书架，通过文献展陈彰显虹口“文化三地”这张独一无二的名片；沿大厅楼梯拾阶而上，两边以“虹影文脉”为主题的书墙上则呈现了虹口近现代文化出版、文学艺术领域的重要事件，令读者在俯仰间邂逅虹口历史文脉，赓续先进文化。二楼取消了原图书借阅区与报刊阅览区之间的隔断，围绕中心服务台设置了“学习书架”“上海好书”“茅盾文学奖”“天马文学奖”“原版图书专架”等十多个主题书架，精准把握读者需求，切中时代发展脉搏，打造多元文化窗口，彰显虹口文化自信。三楼功能多样、动静结合，多功能共享空间可用于自修、会务、活动开展，并增设了单人位自习室；少儿图书室和采虹书房面积整体翻番，可开展亲子阅读、读书沙龙，充分体现了“空间融合、氛围沉浸、全龄友好”的办馆理念。

多年来，虹口区图书馆总馆打造培育了适合各年龄段读者的阅读推广品牌，如：少儿阅读推广品牌“彩虹屋的奇妙之旅”；中青年阅读推广品牌“科普知音读书会”“知遇·作者”阅读品鉴；中老年阅读推广品牌“虹图大讲坛”“‘e厘米’读者信息素养培训”等，深受广大读者和社区群众的欢迎。