天一阁在《四库全书》编纂过程中，无论是在文献提供、建筑设计还是藏书管理方面，都发挥了重要的示范和借鉴作用，《四库全书》的文渊、文源、文溯、文津、文汇、文宗、文澜七阁，均仿天一阁式样营造，清代藏书家卢址的抱经楼，更是从内部结构到外观，完全模仿天一阁，由此天一阁更负盛名。乾隆三十九年六月，特颁谕旨，恩赏天一阁《古今图书集成》一部。
道光九年（1829 年），范氏后人对藏书楼进行了一次大修，天一阁为一排六开间两层木结构，坐北朝南，前后开窗。开凿了天一池，池水经暗沟与月湖连通，使池水终年不竭。一旦发生火灾，可就近取水灭火，藏书区与生活区前后错位，形成既相连又分隔的两个独立防火分区，
藏书楼整体为两层砖木结构，采用“木结构不外露”的方式，四周的墙体均为砖墙，两头山墙封闭外露的梁柱并高出屋面一尺许，楼下地面铺设水磨方砖，屋面盖瓦铺砖，使木结构基本上被不燃的砖瓦所保护，减少了木质结构直接暴露在火源下的可能性。
订立了严格的族规，明确“烟酒切忌登楼”，杜绝一切火源带入藏书楼，立下禁碑三种，条款十五项，保证天一阁内的图书“书不出阁”。
太平天国战争期间，天一阁藏书曾遭劫掠，盗贼趁乱盗取天一阁藏书，竟以废纸价格出售。范家十代孙、时任掌门人的范邦绥痛心疾首，设法尽力购回，也只挽回部分书籍。
1914 年，上海不法书商陈立炎指使盗贼薛继渭来天一阁盗书。白天睡觉，晚上盗书，以枣充饥，一连半月往返，所盗书籍众多，被运往上海后，再以高价售出。后部分书被实业家张元济巨资赎回，藏于东方图书馆的“涵芬楼”，不幸的是，东方图书馆在抗日战争中被炸毁，藏书尽皆付之一炬。
天一阁历经明清易代、《四库》征集、鸦片战争、太平天国及薛继渭盗书等种种劫难，不断流失藏书。到 1940 年代曾一度仅存 卷，不足巅峰时期的五分之一。
1937 年，为了保护藏书，天一阁经历了建阁以来的首次大范围出阁，直到 1946 年 12 月才运回阁中，并于次年 3 月 1 日至 3 日进行了首次公开展出。
1949年，新中国成立后宁波军管会文教部接管天一阁，在尊经阁内设古物陈列所。国家接管后，加大了对天一阁的投入，建设规模不断扩大，天一阁的藏书从 1.7 万卷，探访得到了流失在外的 3000 多卷原藏书，又增入当地收藏家捐赠，古籍 8 万多卷后增加到 30 万卷，占地面积从 2 千平方米增加到 2.5 万平方米。
1977 年，天一阁博物馆启动中国方志馆的建设，后正式定名为中国地方志珍藏馆。1982 年，天一阁被评为全国重点文物保护单位。1994 年，宁波市博物馆与天一阁文管所合并建立了宁波市天一阁博物馆。
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