Решение об организации в с. Тыловай библиотеки было принято волостным сходом 13 января 1903 г. Предполагалось, что библиотека разместится в здании волостного правления. Однако открытие библиотеки состоялось только в 1905 г., так как в 1903 г. не было получено разрешения. Разместили библиотеку в начальном земском училище. Тыловайская бесплатная народная библиотека стала одной из пяти библиотек Сарапульского уезда, которым официально присвоено имя Ф. Ф. Павленкова. Библиотекарем была назначена Сира Платоновна Денисова.
О деятельности библиотеки в данный период сведений немного. В Государственном архиве Кировской области обнаружены «Правила народной библиотеки-читальни в с. Тыловае Тыловайской волости Сарапульскаго уезда Вятской губернии имени Ф. Ф. Павленкова», которые регламентировали деятельность библиотеки, определяли источники финансирования, режим работы, круг читателей и принципы организации книжного фонда.
В 1920–1930-е гг. библиотека продолжала работать. Поиск документов, отражающих ее деятельность в данный период, осложняется, в частности, тем, что в эти годы в Удмуртии происходили изменения в административно-территориальном делении. В 1921 г. был образован Дебесский уезд, в состав которого вошла и Тыловайская волость. В 1924 г., укрупненная за счет селений Большепургинской и Зюзинской волостей, Тыловайская волость передана в Ижевский уезд. В 1929 г. Тыловайская волость была упразднена, с. Тыловай вошло в состав Дебесского района.
Из документов Центрального государственного архива Удмуртской Республики следует, что на начало 1924 г. библиотека имела статус волостной, ее фонд составлял 2658 экз. документов. Заведующей числилась К. Г. Бушмакина. В декабре 1926 г. фонд насчитывал 2160 экз., читателей было 878 человек, из них 219 – удмурты, 312 – русские. При библиотеке действовала изба-читальня с небольшим фондом (25 экз.), читателей насчитывалось 400 человек. Заведующей работала З. С. Головизнина.
В 1935 г. образован Тыловайский район – как самостоятельная административно-территориальная единица Удмуртской АССР. Библиотека сменила статус и стала районной. К 1938 г. фонд библиотеки составлял 4836 экз., книговыдача – 4712 экз. документов, читателей насчитывалось 289 человек, передвижек – 12. Заведовала библиотекой Королева.
В годы войны в библиотеке работала Зоя Николаевна Ашихмина. Одним из наиболее активных читателей был Василий Трофимович Бегенеев, который впоследствии (1952–1962 гг.) возглавлял детское отделение Тыловайской библиотеки.
Тыловайский район существовал до ноября 1956 г. После его расформирования с. Тыловай вошло в состав Дебесского района. В 1959 г. в фонде библиотеки насчитывалось 15,5 тыс. экз. документов, количество читателей составляло 1765 человек. К 1975 г. фонд увеличился почти в два раза и составил 34,2 тыс. экз., количество читателей при этом уменьшилось до 1400 человек.
В течение 13 лет в библиотеке работала Евгения Андреевна Набокова. В 1950 г. пришла Агния Александровна Первушина, составившая алфавитный и систематический каталоги. Агния Александровна начала изучать историю библиотеки, оформила первый альбом. В 1973 г. А. А. Первушиной присвоено звание «Лучший библиотекарь Удмуртской АССР».
С 1960 по 1973 гг. детское отделение библиотеки возглавляла Валентина Трофимовна Первушина, заслуженный работник культуры Удмуртии. Она также вела активную краеведческую деятельность. Материалы, собранные в результате ее поисковой работы, послужили основой для создания Тыловайского краеведческого музея, где В. Т. Первушина в дальнейшем и работала.
Более тридцати лет отдала библиотечному делу Алевтина Григорьевна Князева.
