1996年，华东工业大学与上海机械高等专科学校合并组建上海理工大学。1997年，上海机械高等专科学校图书馆成为上海理工大学图书馆复兴路校区分馆，图书馆设复兴路综合服务部在此为复兴路校区师生服务。2011年9月，图书馆复兴路综合服务部撤销，服务功能和部分资源转交给上海理工大学中英国际学院图书馆。10月起，中英国际学院自行管理的中英国际学院图书馆取代复兴路综合服务部，成为新的复兴路校区分馆。复兴路校区分馆的历史最早可追溯到德文医工学堂图书室，后又经历了中法国立工学院图书室、国立高机图书馆等时期。1954年，图书馆搬入原同济德文医学堂的医预科讲堂（现复兴路校区管理委员会办公楼）内。1982年，为适应教育发展的需要，图书馆又迁入同济德文医工学堂的工学堂教学楼内，一直沿用至今。现在，这里是上海理工大学复兴路校区的文献信息中心。另外，复兴路校区分馆作为优秀历史建筑，在2006年我国首届“文化遗产日”当天，被列为上海市优秀建筑“文化遗产日”徐汇区文物建筑开放单位。此后每年6月的“文化遗产日”活动期间，复兴路校区分馆均配合徐汇区相关部门举办“中国文化遗产日徐汇区文博单位、优秀建筑开放”活动，接待了大批参观者。

1997年，上海理工大学与原南汇区人民政府联合筹建基础学院。1998年9月，图书馆便在食堂的二楼开辟出一个角落充当新生借阅图书的场所，并新组建南汇校区综合部。2002年，图书馆南汇校区分馆建成,设有开架书库和报刊阅览室。2013年上半年，学校决定将基础学院整体迁入军工路1100号原上海电机学院杨浦校区，南汇校区（拱极路校区）图书馆也随同迁入，成为继续为基础学院师生服务的图书馆军工路1100号校区分馆。军工路1100号校区分馆馆舍是原上海电机学院杨浦校区图书馆，馆舍面积1500多平方米，实行刷卡进出制度。馆内设施齐备、功能齐全，内设空调，无线网络全覆盖，有500多个阅览座位供读者使用。电脑区的PC机为读者提供免费上网服务，节假日期间开放部分区域供读者自修所用。2013年9月20日，分馆正式开放，为读者提供图书借还、书刊阅览和自修服务。2013年9月24日，在图书馆第五届服务月开幕式上，举行军工路1100号校区分馆启用仪式。

2010年，图书馆又新建军工路南校区图书馆分馆和南校区综合服务部。9月8日，南校区图书馆分馆正式对外开放。馆舍为原上海海洋大学图书馆书库大楼，共4层，总使用面积近2000平方米。它可提供阅览座位近400个，阅览书刊约10万册。其中，三楼阅览室，配备有10多台PC机、近4万册参考图书、100种现刊和30种报纸，设有100多个阅览座位，集电子阅览、报刊和图书阅览为一体，并为读者提供自助扫描和还书服务（2013年9月起）；四楼学生自修室，设有约300个阅览座位，内设空调，可无线上网。三、四楼均实行电子座位管理系统，为读者营造了良好的学习环境。一、二楼分别为中、外文过刊库，收藏2007年之前的中、英、日、俄等文种合订本约7万册，供复印外借。根据学校规划，南校区将建设新图书馆。2014年6月21日，南校区图书馆关闭，馆舍随后拆除。根据学校规划，将在南校区建成一座面积约5000平方米的新图书馆。