Torkil Olsen grunnla under Niels Bohr et nytt forskningsbibliotek på Risø (Atomenergikommisionens Forsøgsanlæg Risø). I 1965 ble han ansatt som overbibliotekar ved Odense Universitetsbibliotek som han også var med til å bygge opp. Senere ble han rigsbibliotekar med daglig ledelse av Det Kongelige Bibliotek i København.