Die ThULB besitzt im Segment der historischen Drucke über 640.000 Titel. Dazu zählen rund 820 Inkunabelbände mit ca. 1.100 Titeln in ca. 1.200 Exemplaren, die größtenteils aus der Bibliotheca Electoralis, Gelehrtenbibliotheken und der ehemaligen Landesbibliothek Altenburg stammen. Zu den wertvollsten Inkunabeln gehören ein zweibändiges, illuminiertes Exemplar der 36-zeiligen Bibel GW 4202 sowie vier teils handkolorierte Exemplare der Weltchronik Hartmann Schedels (lat. Ausgabe Nürnberg 1493 in zwei, dt. Ausgabe Nürnberg 1493 und lat. Ausgabe Augsburg 1497 in jeweils einem Exemplar). Als von Hand illuminierte Pergamentexemplare liegen Boccaccios „De casibus virorum illustrium“ (franz. von L. de Premierfait; GW 4434; Bd. 1; Bd. 2) und die „Meditationes vitae Christi“ des Ludolphus de Saxonia (franz. von G. Le Menand; GW M19233; Bd. 1; Bd. 2) vor. Unter den Drucken nach 1500 ragen zwei über Georg Rörer (1492–1557) an die Bibliothek gelangte Exemplare des Alten und des Neuen Testaments in Martin Luthers Übersetzung (Wittenberg 1539/40) mit Luthers und Rörers eigenhändigen Korrekturen für die 1541 erschienene Wittenberger Lutherbibel heraus. Von Letzterer besitzt die ThULB das von Hand kolorierte, zweibändige Pergamentexemplar Kurfürst Johann Friedrichs I. (Bd. 1; Bd. 2) sowie das Exemplar von Johann Gerhard (1582–1637) mit seinen handschriftlichen Anmerkungen. Musikhistorisch bedeutend sind Stimmbücher aus der Zeit zwischen 1526 und 1544 mit über 1.200 überwiegend geistlichen Kompositionen großer Komponisten der Zeit. Hervorzuheben ist auch die ca. 17.000 Bände umfassende, thematisch universale Bibliothek des Jenaer Juristen und Historikers Christian Gottlieb Buder (1693–1763). Von großer Relevanz für die Jenaer Universitätsgeschichte ist eine Sammlung universitärer Gelegenheitsdrucke (Universitätsprogramme), die mit rund 10.000 Exemplaren zu den größten ihrer Art gehört. Mit etwa 48.000 Schulprogrammen besitzt die ThULB auch in dieser Gattung eine sehr umfangreiche Sammlung.
Im Oktober 2015 ernannte die UNESCO das Exemplar der ThULB von Druck B der "Deutschen Messe" Martin Luthers von 1526, das in einem Sammelband der Buderbibliothek enthalten ist (4 Bud. Var. 835 [8]), gemeinsam mit weiteren Handschriften und Drucken mit frühen Werken Luthers aus anderen Bibliotheken und Archiven, zum Weltdokumentenerbe (Memory of the World).
Die historischen Drucke sind in der ThULB-Suche bzw. im Online-Katalog recherchierbar.
Digitalisate und Beschreibungen historischer Drucke der ThULB bieten vor allem die Portale Collections@UrMEL und kulthura; außerdem:
Die Geschichte und Zusammensetzung der Sammlung ist dargestellt im Handbuch der Historischen Buchbestände in Deutschland, Bd. 20: Thüringen H–R, Hildesheim u.a. 1999, S. 49–206.