L'Archivio Arcivescovile non ha sempre avuto sede nell'attuale Palazzo Arcivescovile, ma originariamente era probabilmente collocato nel palazzo episcopale, edificato presso la cattedrale, dietro le absidi basilicali del Santo Salvatore, di San Giovanni Battista e di Santa Maria, e che si estendeva fino alle mura romane. Le carte ivi conservate subirono nei secoli le vicende dell'edificio, che vide devastazioni, incendi e depredazioni, ma anche le vicende e gli spostamenti degli stessi vescovi, alla cui morte i rispettivi archivi venivano trasferiti nel palazzo.
Dalla metà del XVI secolo, dopo l'insediamento del duca Emanuele Filiberto nel palazzo vescovile, i vescovi per circa due secoli non ebbero dimora fissa: si suppone vivessero nei palazzi di loro proprietà, in quanto generalmente di famiglia nobile.
Al Rorengo di Rorà risale la fine del peregrinare in casse e bauli dei documenti, quando, con la soppressione dei Gesuiti, nel 1777 il vescovo ottenne finalmente come sede definitiva il palazzo che era stato dei Padri della Missione, l'attuale palazzo arcivescovile.
Nell'edificio gli archivi erano dispersi in locali diversi. Le strutture per la collocazione delle carte all'interno di essi furono allestite nel 1934, grazie al cardinale Maurilio Fossati, mentre nel 1988 il cardinale Anastasio Ballestrero fece acquistare nuove scaffalature e ristrutturare e ampliare i locali. Altre ristrutturazioni sono avvenute nel corso degli anni 2000.
Il primo tentativo volto a salvaguardare il patrimonio archivistico si deve all'arcivescovo Beggiano che affidò l'incarico al suo collaboratore, il notaio curiale Giovanni Busini, di procedere alla redazione di un repertorio del materiale cartaceo e pergamenaceo rimasto. Il Busini procedette, a partire dal 1676, ad una accurata e sistematica inventariazione e regestazione delle carte, preventivamente tolte dalle casse e dai bauli; secondo il notaio le pergamene erano racchiuse in 29 scatole o cassette con titolo e numerazione araba, le carte relative all'amministrazione e ai beni della mensa invece in tasche con numerazione alfabetica. Egli per alcuni protocolli eseguì il regesto di tutti gli atti contenuti, mentre per altri elaborò solo una descrizione sommaria, mentre nella numerazione operò numerose correzioni ogni qualvolta un documento smarrito veniva ritrovato e inserito nel repertorio. La conseguenza di maggior peso dell'opera del Busini, dal titolo Repertorium scripturarum veterum, fu allora la possibilità di rafforzare gli interessi e la difesa del patrimonio della mensa arcivescovile, attraverso la disponibilità e il facile reperimento della documentazione occorrente contro ogni tentativo di contestazione.
Tale convinzione fu principio guida anche del successore Francesco Luserna Rorengo di Rorà, che attuò il proseguimento e l'aggiornamento del riordino archivistico, facendo prima redigere nel 1768 il Compendio delle scritture dell'Arcivescovado di Torino, dotato di 60 categorie (riguardanti diplomi, bolle, taglie e sussidi ecclesiastici, il palazzo arcivescovile, feudi, decime, atti criminali, protocolli, visite pastorali, scritture varie) suddivise in mazzi.
L'ordinamento in categorie fu rispettato anche in seguito e rimase immutato per circa un secolo, inoltre nel 1804 Agostino Torelli produsse 4 volumi con indici dei protocolli e altri strumenti manoscritti di consultazione.
Seguirono alcuni censimenti, quello piuttosto schematico di M. Rocchietti del 1923 relativo all'Archivio della Curia, e quello compilato dall'archivista Tommaso Castagno tra il 1942 e il 1947, che indica 38 titoli.
Si conclusero poi nel 1965 l'ordinamento e il titolario dell'Archivio Arcivescovile di Torino, che risultò costituito da 37 titoli. In seguito nel 1972 l'archivista Oreste Favaro ne elaborò una ripartizione in 22 sezioni, suddivise in serie contenute in volumi, cartelle o mazzi.
