Carnegie UK Trusts undersökning visade att 51 % av 15–24-åringarna använde bibliotek 2016 – en ökning med 9 % sedan 2011.
Totalt sett har användningen av offentliga bibliotek ökat, från 45 % till 46 % under fem år.
Nordirland har också sett sin biblioteksanvändning öka, men det har skett en nedgång i England och Skottland, sade välfärdsförtroendet.
Resultaten baserar sig på 10 000 intervjuer under 2011 och 2016.
Förtroendet sade att det också fanns ett hopp i biblioteksanvändning i hushåll med förskolebarn (7 %) och barn i primäråldern (3 %).
Chefsdirektör Martyn Evans sade: "Offentliga bibliotek är fortfarande en oerhört populär samhällsresurs, både i Wales och i resten av Storbritannien och det är oerhört lovande att det har skett en ökning av biblioteksanvändningen i Wales bland hushåll med förskole- och primärbarn samt ungdomar."
Mer än hälften av ungdomarna i Wales använder offentliga bibliotek, har forskningen visat.