Κτισμένο στις αρχές του 20ου αιώνα, στη συμβολή της λεωφόρου Αμαλίας με την Διονυσίου Αρεοπαγίτου, ως κατοικία του δικηγόρου Γεωργίου Ορφανίδη (Αιγυπτιώτη που ασχολείτο με την εμπορία βάμβακος) και της συζύγου του Όλγας Σαρόγλου, αδελφής του δωρητή του Σαρογλείου Μεγάρου, το κτίριο της Ωνασείου Βιβλιοθήκης είναι έργο του σημαντικού αθηναίου αρχιτέκτονα Αναστασίου Μεταξά (1862-1937). Ο Μεταξάς ήταν ο μελετητής της αναμαρμαρεώσεως του Παναθηναϊκού Σταδίου και ο δημιουργός πολλών δημοσίων και ιδιωτικών κτισμάτων της πρωτεύουσας. Ανάμεσά τους το μέγαρο της γαλλικής πρεσβείας, το νοσοκομείο Συγγρού, το Αιγινήτειο νοσοκομείο, το σημερινό Μουσείο Μπενάκη και άλλα πολλά. Παρά την κυριαρχία του εκλεκτικισμού στην αρχιτεκτονική ρυθμολογία της εποχής, φανερή π.χ. στα έργα του Ε. Τσίλλερ, ο Μεταξάς έμεινε πιστός σε έναν λιτό και κάπως αδρό νεοκλασικισμό, που, στην περίπτωση του κτιρίου του Ιδρύματος, βρίσκεται σε απόλυτη αρμονία με τα γειτονικά αρχαία μνημεία.
Κατά τη δεκαετία του ’30, το κτίριο κατοικήθηκε από την οικογένεια Καλλιγά. Εν συνεχεία, περί το 1937-38, εγκαταστάθηκε σε αυτό η Ιταλική Αρχαιολογική Σχολή και λειτουργούσε τόσο ως Σχολή, όσο και ως κατοικία του τότε Διευθυντή, μέχρι και το 1950. Τελευταίος ένοικος υπήρξε το World Craft Council (W.C.C.), το οποίο χρησιμοποιούσε το κτίριο ως εκθετήριο. Ο επικεφαλής τότε του W.C.C. ήταν ο Μιχάλης Γούτος. Ο ιδιοκτήτης από τον οποίο εταιρεία ελεγχόμενη από το Ίδρυμα Ωνάση αγόρασε το κτίριο, είναι η οικογένεια Νάστου.
Όταν το 1989 αποκτήθηκε το κτίριο από το Ίδρυμα Ωνάση, η φθορά του χρόνου, καθώς και αλόγιστες επεμβάσεις από την εποχή του μεσοπολέμου, είχαν παραμορφώσει τόσο τις εξωτερικές όψεις, όσο και τους εσωτερικούς χώρους του. Μετά από μια πρώτη φάση μελέτης το 1991, ξεκίνησαν οι εργασίες αποκαταστάσεως.
Η ομάδα μελέτης του έργου αποτελείτο από τον αρχιτέκτονα Βασίλη Τσεγκή, το γραφείο στατικών μελετών Θεοδοσίου – Τελειωνή και το γραφείο ηλεκτρομηχανολόγων Γιάννη Παπαγρηγοράκη. Με αυτούς συνεργάστηκε για την επίβλεψη του έργου, ομάδα μηχανικών του Ιδρύματος Ωνάση που την αποτελούσαν οι: Ειρήνη Ιωαννίδου -αρχιτέκτονας, Γιώργος Παπαδημητρίου –πολιτικός μηχανικός και Άκης Τσουκαλάς -μηχανολόγος. Με γνώμονα τον σεβασμό της ιστορικής φυσιογνωμίας και του ύφους του κτιρίου αλλά και την ανάγκη εντάξεως του σε νέες πολιτιστικές και διοικητικές χρήσεις, χρησιμοποιήθηκαν για το έργο οι πιο σύγχρονες μέθοδοι τεχνολογίας και τεχνογνωσίας ως προς την στατική επάρκεια, τις ηλεκτρομηχανολογικές εγκαταστάσεις, καθώς και την μεθόδευση και τον όλο προγραμματισμό της κατασκευής.
Η κυρίως πρόσοψη επί της Αμαλίας και οι χώροι υποδοχής στον πρώτο όροφο, που είχαν υποφέρει σημαντικά από παλαιότερες παραμορφωτικές επισκευές, αποκαταστάθηκαν με μεγάλη πιστότητα στα επί μέρους αρχιτεκτονικά και διακοσμητικά στοιχεία της αρχικής κατασκευής. Αποκαλύφθηκαν οι κρυμμένες από νεώτερες κατασκευές μαρμάρινες κολώνες της κεντρικής αίθουσας, συντηρήθηκαν οι περίτεχνες μαρμάρινες εστίες, έργα του μεγάλου γλύπτη Γιαννούλη Χαλεπά, και αποκαταστήθηκαν τα ξύλινα δάπεδα. Οι αίθουσες υποδοχής, όπως και το υπόλοιπο κτίριο επιπλώθηκαν και διακοσμήθηκαν με έπιπλα και έργα τέχνης που ανήκαν στον Αριστοτέλη Ωνάση και προέρχονται από τη θαλαμηγό «Χριστίνα». Ανάμεσά τους το πιάνο, το οποίο χρησιμοποιούσε η Μαρία Κάλλας όταν βρισκόταν στο πλοίο, καθώς και έπιπλα αντίκες και διακοσμητικά αντικείμενα.
Στον πρώτο όροφο του κτιρίου βρίσκεται σήμερα η Ωνάσειος Βιβλιοθήκη. Σε μία από τις αίθουσες του ορόφου έχει μεταφερθεί το γραφείο του Αριστοτέλη Ωνάση από το Μόντε Κάρλο, με τα έπιπλα και τα προσωπικά του αντικείμενα. Η προσαρμογή στο νέο χώρο των πολύτιμων ξυλεπενδύσεων του γραφείου, που προέρχονται από γαλλικό μέγαρο του 19ου αιώνα, αποτέλεσε αντικείμενο ιδιαίτερης μελέτης.
Σε όλους τους ορόφους εκτίθενται έργα τέχνης της συλλογής του Ιδρύματος Ωνάση που κατά το πλείστον αποκτήθηκαν μετά τον θάνατο του Αριστοτέλη Ωνάση. Τα έργα αυτά αντιπροσωπεύουν σχεδόν όλες τις περιόδους της ελληνικής ζωγραφικής και γλυπτικής, από τον αγιογράφο Θ. Πουλάκη (17ος αιώνας) και τον El Greco, μέχρι τον Γ. Χαλεπά, τον Κ. Παρθένη, τον Γ. Μόραλη και σύγχρονους ζωγράφους-υποτρόφους του Ιδρύματος.
Όταν ακόμα και σήμερα, πολλές από τις λεγόμενες «αναπαλαιώσεις» διατηρητέων κτιρίων δρουν καταστροφικά, απλοποιώντας με απαράδεκτο τρόπο τον αρχιτεκτονικό διάκοσμο των όψεων και «εκμοντερνίζοντας» ισοπεδωτικά το εσωτερικό τους, το κτίριο της Ωνασείου Βιβλιοθήκης αποτελεί ένα πρότυπο αποκαταστάσεως κτιρίου στην αρχική του μορφή. Χωρίς να έχει χάσει τίποτε από την ιστορική του φυσιογνωμία, είναι ταυτόχρονα ένας χώρος ζωντανός, σύγχρονος και λειτουργικός και, παράλληλα, ένας χώρος μνήμης του μεγάλου ευεργέτη της πατρίδας μας. Πρόκειται για μια ακόμη πολύτιμη προσφορά του Ιδρύματος στην πόλη των Αθηνών, που συντελεί στην αισθητική και πολιτισμική αναβάθμιση της πρωτεύουσας.