大肚分馆于民国73年5月落成启用，92年因应人口增加需求并配合政府推动“公共图书馆空间及营运改善计划”，择地新建社区亲子图书馆，于99年10月24日正式启用。为提供民众更多服务，大肚分馆续争取教育部补助于103年9月起进行阅读环境改善工程，104年5月7日全面重新开放。全馆现为三层楼建筑，总楼地板面积为1450.55米。
大肚分馆馆藏特色以“亲职教育”为代表，提供民众丰富且多元的亲职教育资讯。馆内空间设计分龄分众，设有阅报区、乐龄区、期刊区、新到图书、多元文化区、开架阅览区及青少年阅览区，并提供资讯检索及讨论室予有使用需求的民众。贴心规划独立楼层设置婴幼儿区及儿童阅览区，友善进馆亲子。并定期举办婴幼儿阅读推广、魔法故事屋说故事时间、亲职教育讲座等相关活动，提供温馨自在亲子共读环境，为民众提供全方位完善服务。