Die älteste Urkunde in den Beständen des Stadtarchives Dessau-Roßlau stammt zwar aus dem Jahr 1336, das Stadtarchiv selbst ist jedoch wesentlich jünger. Erst am 15. September 1939 wurde mit Bernhard Heese der erste Stadtarchiv-Verwalter (seit 1942 Stadtarchivar) bestellt. 1942 zog das Archiv in ein eigenes Gebäude Schloßstraße 3, ein Erdmannsdorff-Bau vom Ende des 18. Jh.). Beim Luftangriff vom 7. März 1945 wurde dieses Haus zerstört. Die Masse des städtischen Schriftgutes verbrannte in jener Nacht im Rathaus, so wie die ältere städtische Überlieferung bereits beim Rathausbrand von 1910 ein Opfer der Flammen geworden war.
Nach 1945 musste das Stadtarchiv mit seinen Beständen eine Wanderung durch verschiedene Gebäude der Stadt unternehmen, bis es 1951 zusammen mit dem neu gegründetem Verwaltungsarchiv im Rathaus untergebracht wurde. Seit 1956 gibt das Stadtarchiv Jahr für Jahr den Dessauer Kalender heraus. In Bernhard Heese, Dr. Hans Harksen und Dr. Ulla Jablonowski hatte das Stadtarchiv überaus verdienstvolle Archivleiter. Seit 1993 nutzt das Archiv, das seit 1982 eigene Räumlichkeiten außerhalb des Rathauses besaß (1982-1992 Albrechtstraße 10, 1992-1993 Meisterhaus Ebertallee 67), das Gebäude Lange Gasse 22, ein um 1898 errichtetes Papierlagerhaus der ehemaligen Druckerei Dünnhaupt. 1997 wurde das Stadtarchiv mit dem im Rathaus befindlichen Verwaltungsarchiv vereinigt.