В 1930‑е годы библиотека не раз меняла свои адреса, но всегда оставалась на территории исторической местности Удельная, благодаря чему ее первое название было «Удельнинская». В суровые годы Великой Отечественной войны и блокады Ленинграда работа не прекращалась: библиотекой руководила Ираида Альбертовна Горецкая, жившая в то время в её здании, а в инвентарных книгах тех лет сохранились тысячи записей о поступлении книг.
Позднее библиотека переезжала на проспект Энгельса, 53, а с 1990 года её постоянным адресом стал проспект Тореза, дом 32. 1 августа 2016 года по инициативе читателей учреждению было присвоено имя Дмитрия Сергеевича Лихачева — выдающегося ученого‑филолога и общественного деятеля, который почти 30 лет проживал в непосредственной близости отсюда (на 2‑м Муринском проспекте).
Это событие открыло новую главу в истории учреждения. Сегодня библиотека им. Д. С. Лихачева — культурный бренд и с 2023 года официальный центр краеведения ЦБС Выборгского района. Здесь на постоянной основе проводятся авторитетные «Лесновские чтения» и Всероссийский форум «Хранитель русской культуры».
Огромной популярностью пользуется международный перформанс‑проект «Новые библиотекари», рассказывающий о «закулисье» библиотечного дела и объединяющий специалистов из разных стран.