Perpustakaan SMAN 3 Payakumbuh memiliki sejarah panjang yang bermula sejak lembaga ini masih bernama Sekolah Pendidikan Guru (SPG). Koleksi awal merupakan warisan dari SPG dan menjadi dasar pembentukan perpustakaan sekolah menengah atas setelah alih fungsi menjadi SMAN 4 Payakumbuh, SMU 3 Payakumbuh, dan kemudian menjadi SMAN 3 Payakumbuh.
Seiring dengan perubahan status sekolah, perpustakaan pun berkembang dalam hal fungsi, layanan, dan koleksi. Buku-buku peninggalan SPG tetap dipertahankan sebagian sebagai bagian dari jejak sejarah, sementara koleksi baru terus ditambahkan menyesuaikan dengan kebutuhan kurikulum dan perkembangan zaman.
Perpustakaan SMAN 3 Payakumbuh memperoleh legalitas formal dengan Nomor Pokok Perpustakaan (NPP): 1376021H2000001, dan telah memperoleh akreditasi A dari Badan Perpustakaan Provinsi Sumatera Barat pada tahun 2003, dan selanjutnya akan dilakukan reakreditasi.
Pengelolaan perpustakaan terus mengalami peningkatan, baik dari segi manajemen, sarana, hingga layanan berbasis digital. Sejak tahun 2021, perpustakaan mulai mengembangkan otomasi berbasis SLiMS 9, bekerja sama dengan pihak Politeknik Pertanian Negeri Payakumbuh.
Peningkatan fasilitas juga dilakukan secara bertahap, termasuk pembangunan perpustakaan digital seluas ±125 m² pada tahun 2024. Kegiatan literasi sekolah pun diperkuat melalui program reguler dan kolaboratif bersama guru dan Tim Duta Literasi.
Hingga kini, perpustakaan SMAN 3 Payakumbuh terus bertransformasi menjadi pusat sumber belajar yang modern, inklusif, dan berbasis teknologi informasi dalam mendukung budaya literasi dan pembelajaran abad 21.