Для сбора материала Диодор объездил значительную часть Европы и Ближнего Востока, затем поселился в Риме, где приступил к составлению сводной историко-мифологической работы. Так после 30 лет труда (не ранее 21 года до н. э.) появилась его «Библиотека» — история всех стран и народов. Она охватывала в 40 книгах 1100 лет, от мифической эпохи до завоевания Галлии Цезарем. До нас дошли первые пять книг, где изложена история египтян, эфиопов, ассирийцев и древнейшая греков; затем книги XI—XX, в которых рассказывается о войнах с персами в 480—301 годах до н. э[1].
Патриарх Константинопольский Фотий I приводит выписки из книги XXXI и следующих, относящихся к эпохе гражданских войн, до возвращения Помпея из Азии.
По данным самого Диодора, можно с большой вероятностью проследить его источники: для Азии он, кажется, пользовался Ктесием, для Египта — Гекатеем, для Индии — Мегасфеном, для Греции — Эфором, для Александра Македонского — Клитархом, Каллисфеном и Дурисом, для Сицилии — Тимеем, для ранней римской истории, возможно, — Фабием Пиктором, для описания Первой Пунической войны — Филином, позднее Полибием, Посидонием. Ввиду недостатка критичности автора, в литературе была высказана гипотеза, что его сочинения дошли до нас не в подлиннике, а в переработке.
Диодор Сицилийский. Историческая библиотека. Ч. 1-6. / Перевод И. А. Алексеева. — СПб, 1774—1775.
Отрывки из «Исторической библиотеки» // Античный способ производства в источниках. — Л., 1933. — С. 385—393, 395—402.
Книга I, главы 1-8Архивная копия от 7 марта 2009 на Wayback Machine. / Строгецкий В. М. Введение к «Исторической библиотеке» Диодора Сицилийского и его историко-философское содержание // Вестник древней истории. — 1986. — № 2.
Книга I, главы 11-27Архивная копия от 7 ноября 2008 на Wayback Machine / Пер. О. А. Васильевой // Древний Восток и античный мир. Труды кафедры истории древнего мира ист. фак. МГУ. — Вып.3. — М., 2000. — С. 106—123.
Книга I, глава 79; книга II, главы 5-7, 12-14 / Пер. В. В. Вертоградовой // Хрестоматия по истории Древнего Востока: В 2 ч. — М.: Высшая школа, 1980. — Ч. 1. — С. 128—129, 141—145.
Книга II, главы 16-19, 35-42 / Пер. В. В. Вертоградовой, Г. А. Тароняна // Древний Восток в античной и раннехристианской традиции (Индия, Китай, Юго-Восточная Азия). — М.: Ладомир, 2007. — С. 48-58.
Книга II, главы 29-31 / Пер. Марка Огинского // О Халдеях и их наблюдениях за звездами.
Книги IV—VII. Греческая мифология / Пер. О. П. Цыбенко. — М.: Лабиринт, 2000.
Книги VIII—X: Фрагменты. Архаическая Греция. Рим эпохи царей / Пер. и комм. О. П. Цыбенко. — СПб.: Алетейя, 2012. — 136 с. — (Античная библиотека. Источники). — ISBN 978-5-91419-700-8.
Книга XI, главы 37-84, главы из книги XII / Пер. В. М. Строгецкого // Антология источников по истории, культуре и религии Древней Греции. СПб.: Алетейя, 2000. — С. 172—194, 195—198, 202—216, 218—239.