Los primeros documentos del Archivo se remontan a un privilegio que Luis II de Francia concede al obispo Frodoino sobre las primeras propiedades episcopales y derechos importantes. Así surge una de las series archivísticas fundamentales del Archivo: la Mensa Episcopal.
En el siglo XII el Archivo Diocesano de Barcelona se convierte en una institución diferenciada del Archivo Capitular. Dos privilegios papales de Pasqual II dirigidos a la canónica y al obispo de Barcelona -de los cuales se conserva copia, pero no los originales- hacen una clara distinción entre las propiedades y los derechos del obispo -bajo la denominación de Mensa Episcopal- y los de los canónigos (Mensa Capitular).
Durante el pontificado del obispo Bernardo Pelegrí, tenemos constancia de que el escriba o archivero fue Bernat Pereire.
Durante el pontificado de Ponç de Gualba, el escriba o archivero fue Ramon Dachs. Se impulsa la creación de la mayoría de los registros. Así nace el archivo de la curia y empiezan los primeros registros de las series, algunas de las cuales han seguido creciendo hasta nuestros días: Registra communium (1302), Registra collationum (1302), Visitas pastorales (1303), Procesos (1324) y Ordenaciones (1326).
Se inicia la serie Testamentos y Causas pías.
Se inician las series Registra verbalium y Taxae beneficiorum.
Se inicia la serie Litterarum.
Se inician las series Registra Gratiarum y Bullarum.
Se inician las series Expedientes matrimoniales y Acta sinodalia.
Se inicia la serie Registra dotaliarum.
Se inicia la serie Expedientes e informaciones.
El Dr. Antonio Campillo Mateu es nombrado archivero diocesano. Durante cincuenta y siete años de trabajo ininterrumpido realiza los cinco volúmenes del Speculum titulorum eclesiasticorum, que es una síntesis de la mayor parte de los documentos del archivo referentes a las parroquias de la diócesis. También se le atribuye la encuadernación de la totalidad de los registros, así como la elaboración de los índices de las series más notables.
Es nombrado archivero Jaume Caresmar Alemany, que se propuso realizar la transcripción de todos los documentos de la Mensa episcopal, pero no pudo acabar el trabajo.
Durante la invasión francesa y las guerras civiles que tuvieron lugar en el siglo XIX, la custodia y recepción sistemática de fondos documentales sufrieron graves problemas, que también pueden percibirse con la desamortización de Mendizábal.
Por otro lado, como consecuencia de la disolución de diversas instituciones eclesiásticas, ingresaron en el archivo fondos importantes, como por ejemplo el de la Colegiata de Santa Ana de Barcelona.
El seglar Dr. José de Peray March es nombrado archivero diocesano.
El archivo, que hasta este momento estaba en la planta baja, se instala en la segunda planta del Palacio Episcopal, donde todavía se encuentra hoy.
José Sanabre Sanromà es nombrado archivero diocesano. Ocuparía el cargo cuarenta y seis años, durante los cuales ordenó las series archivísticas y registró en fichas más de un millón de documentos.
Se quemó mucha documentación de la secretaría de cámara, pero la Generalitat de Catalunya salvó el archivo histórico gracias a la intervención de Agustí Duran Sanpere, que en ese momento era director del Archivo Histórico de la Ciudad, y su colector colaborador Josep Buch. Durante el mes de abril de 1938, las series más importantes fueron trasladadas a Viladrau, mientras otras permanecieron en la planta baja del Palacio Episcopal. Posteriormente, la documentación fue trasladada de Viladrau al monasterio de Pedralbes, y en mayo de 1939 toda la documentación volvió al Palacio Episcopal y el archivo histórico se instaló de nuevo en su segundo piso.
El archivero Josep Sanabre culmina la organización del Archivo con la publicación de la guía El Archivo Diocesano de Barcelona.
El Dr. J. Mª Martí Bonet es nombrado director del Archivo Diocesano. Aparte de las tareas de mejora de las instalaciones, son muy importantes sus iniciativas para microfilmar la mayor parte de los archivos de la diócesis, así como los inventarios y catálogos realizados.
Se inician las obras de mejora de las instalaciones del Archivo Diocesano para modernizar su gestión y hacerlo más accesible a los investigadores. Se alargarán casi diez años.
Mn. Martí Bonet ingresa en la junta directiva de la Asociación Española de Archiveros Eclesiásticos, primero como secretario y a partir de 1985 como presidente. En este tiempo se presentan los dos volúmenes de la Guía de los archivos y bibliotecas de la Iglesia en España, realizados en gran parte por el Archivo Diocesano de Barcelona.
A partir de este año se empiezan a publicar monografías de parroquias y el Catàleg Monumental de l’Arquebisbat de Barcelona (Catálogo Monumental del Arzobispado de Barcelona), así como varios instrumentos de consulta para facilitar a los investigadores el acceso a la información que contiene la documentación del Archivo.
Terminan las obras del archivo coincidiendo con la visita del papa Juan Pablo II a Barcelona. De este modo, se da un gran paso en la difusión del conocimiento de la historia de la Iglesia de Barcelona. Desde este año hasta la fecha, el Archivo Diocesano siempre ha estado abierto al público, todos los días laborables excepto el mes de agosto.
Se edita en soporte digital el CD-ROM de la Guía de los Archivos de la Iglesia en España, que reúne los datos de 23.000 archivos parroquiales y otros 170 archivos eclesiásticos.
El archivo colabora habitualmente en la elaboración de las exposiciones y los catálogos del Museo Diocesano de Barcelona (Casa de la Almoina), entre los cuales destacaremos el catálogo de Scripturaria (2001), que es un recorrido por la historia de la escritura y sus soportes.
Se inicia la publicación del Novum Speculum Titulorum Ecclesiae Barchinonensis, una colección que pretende ser un instrumento para el investigador con todo tipo de notas históricas sobre las parroquias que formaron parte de la diócesis de Barcelona hasta el año 2004 (parroquias de las actuales diócesis de Barcelona, Sant Feliu de Llobregat y Terrassa), y los resúmenes de los documentos más importantes de las principales series documentales.