L'ENS comprend 12 bibliothèques, réparties sur plusieurs sites et représentant l'ensemble des disciplines enseignées à l'école. Bibliothèques de recherche, elles sont réunies au sein d'un catalogue commun informatisé, « Halley », et sont accessibles à tous les chercheurs nationaux et internationaux à partir du cycle D (baccalauréat + 5), ainsi qu'aux enseignants, élèves et anciens élèves de l'école.
La plus ancienne d'entre elles est la Bibliothèque des lettres de la rue d'Ulm. Lieu de mémoire, contemporain de la fondation de l'école, elle fut dirigée de 1888 à 1926 par le dreyfusard Lucien Herr. La grande salle, dédiée à Georges Pompidou, est classée monument historique. La Bibliothèque, qui s'étend aujourd'hui sur plusieurs milliers de mètres carrés, est l'un des plus grands fonds en accès libre de Paris, avec plus de 800 000 volumes immédiatement disponibles et 1600 titres de périodiques vivants. Elle couvre l'ensemble des disciplines des lettres, classiques et modernes, et des sciences humaines, avec des points forts comme la littérature française, l'allemand et les études sur l'Antiquité (reconnue CADIST).
Jusqu'en 2010, la bibliothèque a été dirigée par l'historienne Laure Léveillé.
La Bibliothèque de mathématiques et d’informatique de la rue d'Ulm, fondée en 1864 par Louis Pasteur et Gaston Darboux, est destinée à fournir les ressources documentaires nécessaires aux laboratoires de recherche de l'école dans ces deux disciplines. Comprenant près de 1 000 m², elle offre plus de 30 000 ouvrages et 14 000 périodiques en libre accès.
La Bibliothèque de sciences sociales du boulevard Jourdan (ex-Jean-Ibanès), héritière du Centre de documentation sociale (fondé par le directeur Célestin Bouglé grâce au mécène Albert Kahn, il compta parmi ses membres Raymond Aron, Marcel Déat, Georges Friedmann, Robert Marjolin, Pierre Uri, Etienne Mantoux et son père Paul Mantoux, Jean Stoetzel) et de la bibliothèque de l'École de Sèvres, comprend aujourd'hui plus de 150 000 volumes en économie, sociologie et géographie.
À ces bibliothèques communes s'ajoutent les bibliothèques des départements et des unités de recherche : archéologie, physique, chimie, biologie, géologie et météorologie, archives Husserl, Institut des textes et manuscrits modernes (ITEM).
Dès 1810, Napoléon Ier fondait à Pise (Toscane) la Scuola Normale Superiore comme « succursale » de l'École de Paris. Depuis, le modèle académique de l'ENS s'est diffusé à l'étranger (Collège Eötvös de Budapest) et la rue d'Ulm a développé son réseau de partenariats.
Les élèves peuvent bénéficier au cours de leur scolarité d'un ou plusieurs postes de visiting fellow (étudiant graduate) ou de lector (lecteur de français) dans 80 universités partenaires :
D'autres séjours et stages d'un semestre sont organisés de manière systématique dans le cadre des masters dispensés par l'école, au sein des laboratoires de recherche internationaux.
En plus des élèves recrutés par la sélection internationale (voir plus haut), l'ENS accueille et loge chaque année des pensionnaires étrangers dans le cadre d'accords d'échange. Une école d'été littéraire internationale accueille également des étudiants pour une plus courte durée.
Depuis 1988, l'ENS entretient une relation privilégiée avec la Scuola Normale Superiore, qui reçoit chaque année près de 80 normaliens, la moitié d'une promotion de normalisti se déplaçant à Paris.
Les chercheurs internationaux sont accueillis pour un an à l'ENS grâce à l'Institut d'études avancées de Paris-Île-de-France, à la Villa Louis-Pasteur et à la Maison Suger. Les chaires internationales de recherche Blaise-Pascal, Marie-Curie, Condorcet et Lagrange-Michelet permettent aussi des séjours de plus d'un an dans les laboratoires, pour les doctorants, post-doctorants et chercheurs confirmés.
Une antenne permanente de l'Institut Remarque de la New York University est installée à l'école depuis 2007. Les ENS disposent aussi d'une antenne permanente à l'Université normale de la Chine de l'Est de Shangai (ECNU), l'Institut franco-chinois d'études avancées.
Plusieurs personnalités internationales ont été faites docteurs honoris causa de l'ENS :