为了进一步推广全民阅读，提升城市文化品位，广州图书馆联手广深铁路股份有限公司广州南车站共同打造的直属分馆——广州图书馆广州南站分馆于2024年12月31日正式向公众开放，这也是城际花都站自助图书馆和番禺广场站自助图书馆后，广州图书馆打造的第三个“旅途中的图书馆”。
广州图书馆广州南站分馆位于广州市番禺区石壁街广州南站三层候车室，占地面积约70平方米，现有藏书5000余册，涵盖文学小说、历史传记等社会科学、自然科学图书，以及绘本、科普读物等儿童与青少年图书，并定期更新热门新书和经典著作。作为公共图书馆成员，分馆服务纳入全市公共图书馆统一服务，提供免费办证、借还、咨询等服务，并实现与广州图书馆、广州少年儿童图书馆、区域总馆以及各类型分馆等的通借通还。为方便外带借阅，乘客只需在现场办理外带登记即可。乘客可在返回广州南站时，出站后至一层东南角综合服务中心归还图书，也可以在广州市公共图书馆服务体系内任一成员馆归还。
馆内设置有自助办证借还设备及数字图书馆服务终端设备（阅读E站）各一台，读者可凭身份证原件在自助办证借还机上借还图书，也可以凭电子身份证在数字图书馆服务设备上