大墩分館原隸屬於臺中市政府文化局大墩文化中心內之圖書股,民國105年3月1日改制更名為「臺中市立圖書館大墩分館」。
館內1樓設有圖書館服務台、資訊檢索區與圖書館辦公室、二樓則規劃兒童閱覽室、故事屋、自習室(B棟)、3樓設有閱覽室與青少年閱讀區、大墩樂齡區(B棟)與期刊室(B棟)、4樓為閱覽室與多元文化區、5樓則有罕用書庫與多功能活動室。在既有服務之外,亦設有行動圖書車定時定點前往南區、北區、北屯區、西屯區等行政區域22所小學輪流駐點,提供讀者方便借閱服務。
大墩分館定期舉辦中英文說故事及影片欣賞活動;並不定期辦理各項閱讀推廣活動。結合原有的各項圖書資訊服務及鄰近國立台灣美術館、草悟道等藝術、休閒文教區,發展更多元化的圖書生活美學。