南區分館於82年度規劃興建,85年完工開館,原隸屬於南區區公所,於99年12月改隸臺中市政府文化局。民國105年3月1日因應「臺中市立圖書館」成立,更名為「臺中市立圖書館南區分館」,為地下一層、地上四層樓之獨棟建築物,各樓層分置開架閱覽區、館藏特色區、樂齡區、報紙期刊閱覽區、多元文化專區、兒童閱覽區、青少年專區、辦公室、自修室、研習教室。
南區分館於102、103年間獲「公共圖書館閱讀環境與設備升級計畫」,主要改善各樓層隔間部分,讓閱讀環境更加寬闊、舒適,並購置書櫃、閱覽桌、沙發等設備,營造更優質的閱讀空間與環境,以及成立本分館館藏特色:「創意設計」。