Библиотека была открыта 15 сентября 1903 года на средства Флорентия Федоровича Павленкова. Согласно завещанию книгоиздателя на открытие каждой народной библиотеки. С такой вот посылки стоимостью 50 рублей, состоящей из 171 книги и начала свою историю бесплатная народная библиотека Верхнего Тагила. К концу 1903 года в библиотеку было записано 133 читателя, книговыдача составляла 1500 экземпляров.
В сентябре 1991 году было возвращено имя Ф. Ф. Павленкова. В настоящее время библиотекари оформляют книжные выставки, проводят обзоры, беседы, литературные вечера, конкурсы, организовывают творческие выставки, виртуальные выставки, библиотечно-библиографические уроки, дни информации.
Штат библиотеки состоит из 7 человек: 5 библиотекарей, 1 библиограф и директор. 5 человек с высшим образованием, один библиотекарь со средне-специальным образованием. Работники библиотеки постоянно повышают свою квалификацию. Количество пользователей библиотеки составляет 3009 человек, посещений за год -42643 из них посещение мероприятий – 9966 человек, книговыдача - 83404 экземпляров.