System dLibra jest systemem wielowarstwowym o architekturze przedstawionej na poniższym schemacie:
Oznaczony przerywaną linią prostokąt reprezentuje serwer systemu dLibra opisany dokładniej w dalszej części tekstu. Z serwerem komunikują się następujące komponenty architektury systemu:
Aplikacja redaktora i administratora - osobna aplikacja wykorzystywana do zarządzania biblioteką cyfrową, do umieszczania i modyfikacji treści i metadanych dostępnych w bibliotece, etc.
Aplikacja czytelnika - uruchomiona na serwerze WWW aplikacja, dzięki której czytelnicy mogą przeglądać oraz przeszukiwać zawartość biblioteki cyfrowej. Aplikacja WWW może do autentykacji użytkowników wykorzystywać systemy typu Single Sign-On. Aplikacja ta udostępnia również interfejs dostępowy oparty na protokole OAI-PMH.
Panel administracyjny serwera dLibra - panel oparty o technologię Java JMX umożliwiający monitorowanie stanu serwera oraz wykonywanie operacji przewidzianych do obsługi sytuacji awaryjnych. Są to m.in. operacje takie jak odtworzenie indeksów wyszukiwawczych.