诗史堂是杜甫草堂博物馆中轴线上的第三重建筑，也是主体建筑。杜甫留下的1400多首诗歌，真实而生动地展现了“安史之乱”前后唐代社会生活画卷，反映了唐朝由盛转衰的历史。杜甫被后世尊为“诗圣”，他的诗歌被称为“诗史”，“诗史堂”也因此得名。大厅的正中陈列着一尊由我国雕塑家刘开渠先生以写实的手法来刻画的杜甫塑像。诗史堂占地百余平方米，是草堂建筑中面积大的。其建筑体式虽为过厅式，但与大廨不同之处在于，此厅前后除中部留为进出口外，其余部分均以砖砌成半桩台，其上再安装花窗来作装饰性封闭，故与大廨有明显区别，这是建筑师采用“同中求异”之法造成的变化效果。至清代，诗史堂仍是骚人墨客凭吊杜甫、吟诗唱和之所，如今厅内还陈列着两台古色古香的圆桌，使人回想起当时文人们挥洒笔墨，唱吟的情景。