biblatex 패키지를 이용하고 문헌목록이 .bib 형식으로 되어 있다면 잘 되지 않을까 싶습니다.

그런데 질문하신 내용을 보니 .bib 형식의 목록이 아니라 thebibliography 환경을 직접 만드신 모양이네요.

subfiles 패키지의 버그(?)를 이용하는 편법을 생각해볼 수 있겠습니다. (버그라고 해야할지... subfiles는 \begin{document}와 \end{document} 바깥에 있는 모든 부분을 subfile 컴파일에 붙여넣는다는 성질을 이용하는 것입니다.)

===== main.tex ====

\documentclass{book}
\usepackage{subfiles}
\begin{document}
\cite{test}
\subfile{chapter1}
\begin{thebibliography}{00}
\bibitem{test} A. U. Thor, \textit{A Tester's Manual}, No more press.
\end{thebibliography}
\end{document}
\AtEndDocument{
\begin{thebibliography}{00}
\bibitem{test} A. U. Thor, \textit{A Tester's Manual}, No more press.
\end{thebibliography}
}

여기서 핵심은 \end{document} 뒤에, \AtEndDocument의 인자로 문헌목록을 한번 불러온다는 겁니다. 만약 ref.tex 같은 파일로 되어 있다면 \input{ref}도 가능하리라 봅니다.

==== chapter1.tex ===

\documentclass[main.tex]{subfiles}
\begin{document}
\cite{test}
\end{document}

chapter1.tex만 컴파일해도 문헌목록이 나옵니다. 이건 피할 수 없겠네요.

더 좋은 해결책이 있는지 어떤지 모르겠습니다.