L'Archivio Abbaziale ha sede nel primo piano del Palazzo Abbaziale e conserva la memoria vivente della storia più che millenaria dell'abbazia. Il suo cuore sono le Pergamene, più di 4.500, che documentano l'età più antica dell'Abbazia, ma anche delle molte località che ne dipendevano. 125 documenti sono precedenti al Mille, e costituiscono un passaggio obbligato per gli studiosi di storia altomedievale italiana ed europea. I diplomi più noti sono di Carlo Magno e di Federico Barbarossa, ma ne sono conservati di gran parte degli imperatori e dei papi, insieme a chartae di Matilde di Canossa e dei suoi antenati. Di grande rilievo sono anche i Libri di amministrazione, che documentano la storia economica del monastero e delle sue proprietà tra XIII e XVIII sec., e anche fino al primo 1900; i Protocolli, i Registri, gli Atti notarili e le Precarie, che contengono i contratti riguardanti l'Abbazia (XIII-XIX sec.); gli atti del Commissariato di Ferrara, cioè l'amministrazione dei vasti beni concentrati attorno a Bondeno (XIV-XX sec.); i Carteggi, soprattutto con gli Abati commendatari, quasi sempre cardinali nipoti del papa regnante o preposti a funzioni centrali della Curia Romana: Della Rovere (poi papa Giulio II), Ferreri (il primo cardinale Segretario di Stato), Borromeo (S. Carlo), Ludovisi, Barberini, Rospigliosi, Albani.
Insieme all'Archivio Abbaziale sono conservati anche l'Archivio della Curia Abbaziale, che contiene gli atti di governo spirituale sulle parrocchie che dipendevano dall'Abate tra Modena e Bologna, ma anche in Umbria, Marche, Lombardia e Veneto (XVI-XX sec.); gli atti del Foro Ecclesiastico, vero e proprio tribunale abbaziale (XVI-XIX sec.); sono aggregati due piccoli archivi, del card. Alberto Bolognetti (nunzio apostolico in Polonia nel 1581-1585) e della Confraternita della SS. Annunziata (e della Concezione, e del Suffragio; XVI-XVIII sec.) presso la Chiesa di S. Maria dell'Ospitale in Nonantola.
L'Archivio ha ricevuto cure abbastanza continue, soprattutto dal 1600 e dalla fine del 1700. Durante il 1900 ha avuto direttori di rilievo culturale, particolarmente il Can. Enrico Vanni e Mons. Augusto Corradi. Fu però Mons. Dario Barbati a curare il nuovo e adeguato arredo, la stesura e il restauro delle prime pergamene e la loro elencazione e riproduzione in microfilm. Mons. Francesco Gavioli dominò la fine del '900 con la sua straordinaria figura di appassionato cultore di storia locale e di archivi. Egli aprì gli archivi abbaziali alla consultazione e seppe comunicare la ricchezza dei tesori nonantolani, appassionando e coinvolgendo grandi numeri di persone, dalle più semplici alle più colte, a collaborare alla valorizzazione dell'Archivio. Alla sua morte lasciò presso l'Archivio le sue ultime collezioni, particolarmente rilevanti quella di documenti su città e paesi del modenese, oltre a quella di incunaboli e cinquecentine e quella di libri di storia locale, tutti questi ultimi ora nella Biblioteca Abbaziale.
