沈阳市图书馆在馆长、书记和副馆长的直接领导下设有：图书馆办公室（党总支办公室）、社会活动部、采编部、外借部、报刊部、网络技术部、数字化中心、信息开发部、行政办公室等几大部室。全年365天向沈阳市广大读者开放。图书馆向读者敞开发放借书证，随到随办。图书馆实行开架、半开架、闭架等多种借阅方式为读者服务，总阅览座位700余个。除传统的服务方式外，方便特殊人群的服务项目众多：少儿图书阅览室、老年人阅览区、服饰文化工作室、光盘资料借阅室、休闲书屋、多媒体阅览室、外文阅览室、新书展示厅、地方文献研究室，开展现刊、过刊、专业期刊阅览和外借服务等，设有计算机及外语培训中心，并有多种多功能厅、室为社会各界使用。
馆内开设的读者服务空间分为业务区和休闲区，其中业务区除办证处、咨询检索处之外，主要有社会科学图书外借处、自然科学图书外借处、文学图书外借处、少儿图书外借处、现期期刊阅览室、过期期刊阅览室、报纸阅览室、专业期刊阅览室、基藏图书外借处、参考咨询室、工具书阅览室、古旧籍阅览室、外文阅览室、地方文献阅览室、新书展示厅、多媒体阅览室、视听资料借阅室、服饰文化工作室等，休闲区主要有音乐吧、茶吧、书吧、娱乐健身室，以及包括散落在馆内公共区域的众多的休闲桌椅可供读者休息。此外，还有存包处、小卖店、书店、商务中心、餐厅等为到馆读者提供全方位的服务。
