桃园分馆于2004年3月1日封馆、4月15日迁移至位于新民商场的新址，新址并于2004年5月16日正式启用。桃园分馆新址除空间较原先的190余坪大幅增加为470余坪外，也建置了较以往更加多元的图书馆馆馆藏，在软硬体设备方面均有提升。随着桃园县改制为桃园市，桃园分馆于2014年12月25日纳入桃园市立图书馆体系，并易名为「桃园市立图书馆桃园分馆」。
建筑.桃园分馆与公园比邻，内部採用现代化设计，在空间内外以透明的落地玻璃窗区隔，可从外部一窥内貌。桃园分馆的内部也设有阅览区、期刊区