Von 1818 bis 1825 ließen Herzog Carl August und Goethe den mittelalterlichen Wehrturm der Weimarer Stadtmauer renovieren und mit dem Hauptgebäude der Herzoglichen Bibliothek verbinden. Der Turm hat eine kleine neogotische Vorhalle mit einem Eingangsportal und Rundfenstern. Über ihr Dach führt der Herzogsteg. Die drei Galerien des Bücherturms werden durch eine hölzerne Wendeltreppe erschlossen. Die sagenumwobene Spindel der Treppe von 1671 ist aus einem zwölf Meter hohen Eichenstamm gefertigt und stammt aus der Osterburg zu Weida.
Im Turm stehen etwa 20.000 Bände weitgehend in der originalen Aufstellungsordnung von 1825. Auf den unteren Ebenen befinden sich Abteilungen zur Geographie, Landes- und Naturkunde, Botanik, Zoologie, Gartenkunst, Architektur, Archäologie, Kunst- und Kulturgeschichte. Auf der obersten Etage steht die Weimarer Militärbibliothek, eine Sammlung zur Kriegsgeschichte von den Anfängen bis heute, die von 1630 bis 1930 durch die Weimarer Herzöge und Bibliothekare aufgebaut wurde. Die Militärbibliothek umfasste Mitte des 19. Jahrhunderts rund 15.000 Bücher, Karten, Atlanten, Globen, Handschriften und Objekte. Sie enthielt nicht nur militärische Fachliteratur im engeren Sinne, sondern war enzyklopädisch angelegt.
Über der Militärbibliothek wölbt sich als Abschluss des Turmes eine hohe Spitzkuppel, die in zwölf Segmenten auf einen sonnenförmigen Schluss-Stein mit dem Wappen des Herzogs Carl August zuläuft.