E' riccamente arredata da scaffalature originali a due ordini, in noce massiccio, con inserti in radica ad imitazione del marmo. Quattro grandi colonne con capitelli corinzi ne scandiscono classicamente lo spazio.
In alto la coronano 28 busti in terracotta rappresentanti uomini della cultura dell'antichità. Entrando da destra: Virgilio, Omero, Cicerone, Demostene, Tito Livio, Tucidide, Plinio il Vecchio, Tolomeo, Archimede, Galeno, Ippocrate, Aristotele, Platone, Esdra, Mosè, S. Gregorio Magno, S. Giovanni Crisostomo, S. Basilio Magno, S. Agostino, S. Tommaso D'Aquino, John Duns Scotus, Pietro Lombardo, Francisco Suarez, Gregorio IX, Graziano, Giustiniano, Triboniano, Accursio. Sono opera di scultori bolognesi del Diciottesimo secolo: F. Balugani, P. Tadolini, Filippo Scandellari.
Due iscrizioni del 1756, poste sopra la porta di ingresso e sul finestrone sono dedicate rispettivamente a Filippo Maria Monti e Benedetto XIV.
L'Aula magna contiene circa 30.000 volumi antichi, stampati tra il 1500 e la fine del 1700.
L'Aula Magna è preceduta da un atrio che conserva i ritratti di Papa Benedetto XIV e del Cardinale Monti, benefattori della Biblioteca e donatori di libri e dipinti. Fino al 1930 vi si trovava anche il grande ritratto del Conte Marsili, con il relativo monumento, ora nel Museo Marsili. Sopra le pareti laterali si ammirano i ritratti di Francesco Pannolini, attribuito a Ludovico Carracci, e di A. Sbaraglia, su rame, firmato da Donato Creti.
