In das neue Jahrtausend startet die Stadtbibliothek mit einer überarbeiteten Internetpräsenz, die zusätzliche Services offeriert, und der Wiedereröffnung der Stadtteilbibliothek im „New Yorck Center“ nach Rekonstruktion im Jahre 2001.
Mit der Inbetriebnahme eines neuen, leistungsfähigen Computersystems, das 4 Server und 70 Clients umfasst, der Installation eines neuen Web-OPACs sowie der Einführung von RFID-Technik modernisiert sich die Stadtbibliothek seit 2002 fortwährend. Ein Meilenstein dieser Entwicklung ist 2004 die Eröffnung der neuen Zentralbibliothek im bundesweit einzigartigen Kulturzentrum „Das TIETZ“. Mit der Neueröffnung und dem hohen Engagement aller Beteiligten erreicht die Bibliothek 2006 den zweiten Platz bei der Preisverleihung „Bibliothek des Jahres“. Zudem werden die Öffnungszeiten erweitert, um die wachsende Kundennachfrage zu bedienen.
Die Bedeutung dieses Schritts lässt sich bereits im Jahr darauf erkennen. 2007 werden erstmals seit 1990 mehr als 2 Mio. Entleihungen registriert. Gleichzeitig erreicht die Stadtbibliothek Platz 3 im Leistungsvergleich deutscher Großstadtbibliotheken, ein Ergebnis das 2008 erneut bestätigt werden kann. Durch die Selbstverbuchungsterminals und den Rückgabeautomat in der Zentralbibliothek erhalten Kunden im selben Jahr die Möglichkeit, entliehene Medien auch außerhalb der Öffnungszeiten zurückzugeben.
„140 Jahre Stadtbibliothek Chemnitz“, heißt es im Jahr 2009. Ein Akt, der mit Jubiläumsveranstaltung und Festwoche im Oktober begangen wird. Im Dezember wird zudem die virtuelle Zweigstelle ChemNetzBib eröffnet. 2010 erreicht die Stadtbibliothek erstmals Platz 2 im Leistungsvergleich deutscher Großstadtbibliotheken. Weiterhin erfolgt der Start des Leseförderprojektes „Buchsommer Sachsen“. Mit Platz 3 im bundesweiten Bibliotheksranking BIX sowie der Digitalisierung von sechs Bänden der historischen Sammlung – ermöglicht durch Spenden der Sächsischen Landesbibliothek, Staats- und Universitätsbibliothek Dresden – kann man auch 2011 ein äußerst erfolgreiches Jahr verzeichnen.
Für die Entwicklung der E-Tutorials „Gewusst wie“ wird die Stadtbibliothek 2012 mit dem Sächsischen Bibliothekspreis geehrt. Der Start des kostenlosen Medienlieferdienstes für hochbetagte und immobile Bibliothekskunden unterstreicht den Anspruch des Hauses, eine Bibliothek für alle zu sein. Daran ändert auch das katastrophale Hochwasser in der Nacht vom 2. zum 3. Juni 2013 nichts, das erhebliche Schäden verursacht und eine Evakuierung von 260 Bänden wertvoller historischer Schriften aus dem Kellermagazin der Zentralbibliothek notwendig macht.
Das Jahr 2014 steht für umfangreiche Bau- und Gestaltungsarbeiten. Zum einen wird die Sanierung der Hochwasserschäden im Kellermagazin vorgenommen, zum anderen wird der Jugendbereich in der Zentralbibliothek neu gestaltet. Ganz persönlich zeigt sich die Stadtbibliothek anlässlich ihrer Plakataktion zum 145. Jubiläum, bei der Bibliothekskunden mit individuellen Statements zu Wort kommen. 2016 werden mit der Umsetzung des Lern-Insel-Konzeptes zusätzliche, moderne Gruppen- und Einzelarbeitsplätze geschaffen. Mit der Einführung der RFID-Technik in den Stadtteilbibliotheken und der Mittwochsöffnung der Zentralbibliothek werden die Dienstleistungen erweitert. Im Herbst 2018 wird die Stadtteilbibliothek im Vita-Center modernisiert und bezieht neue Räume.
2019 feiert die Stadtbibliothek Chemnitz ihr 150-jähriges Bestehen.
Zu diesem Anlass bedankte sie sich bei Ihren Kunden mit einem vielseitigen Lesungsprogramm mit bekannten Autor*innen wie Max Goldt, Dominique Horwitz, Peter Stamm oder Judith Schalansky. Ein produzierter 20-minütiger Film über die Geschichte der Stadtbibliothek und die 15-seitige Broschüre "#Meilensteine" geben Einblick in die Entwicklung der Bibliothek.