Библиотека была основана в 1953 году. В апреле 1961 года ей было присвоено имя первого космонавта Ю. А. Гагарина. В 1977 году детская библиотека им. Гагарина вошла в структуру централизованной библиотечной системы г. Орска, а в 1982 году ей был присвоен статус «Центральная».
Центральная детская библиотека им. Гагарина осуществляет библиотечное обслуживание детского населения города. Ее фонд – 21 736 единиц, за год библиотека обслуживает более 5 000 человек.
С 2022 года учреждение реализует проект по популяризации научных знаний «Наука вокруг нас», ставший победителем грантового конкурса Благотворительного фонда Владимира Потанина.
Библиотека принимает активное участие в акциях «Библионочь», «Ночь искусств», «Читаем детям о войне», программе популяризации культурных мероприятий среди молодежи «Пушкинская карта».