Tradicionalmente el archivo se encontraba en las dependencias de las Casas Consistoriales, custodiándose sus documentos en el Arca de las Tres Llaves, ubicada en la capilla-archivo, conservándose en la actualidad en el Salón Noble del Ayuntamiento una inscripción referida a este Archivo y Capilla que dice: "ESTA CAPILLA I ARCHIVO MANDO HAZER PLASENCCIA SIENDO CORREGIDOR DELLA EL ILUSTRE SEÑOR EL COMENDADOR PEDRO MORETON AÑO DE 1569".

En un informe posterior del año 1634 sobre el Archivo del Ayuntamiento dice lo siguiente: "Para ver el archivo, se abrieron las puertas principales de las casas consistoriales de Plasencia que están en la plaza; y, para ir al archivo, se salió por una escalera de piedra, que está, entrando la puerta, a mano derecha y, al fin de ella, está otra puerta; y se entra y pasa por la sala, adonde los regidores de la dicha ciudad tiene de uso y costumbre de se juntar; y, de allí, a otra sala, donde está la capilla; y junto al altar, se abrió el archivo, que es de nogal, con tres cerraduras; y se hallo había en él doce cajones, a modo de navetas, los diez de un tamaño y, los dos últimos de la parte de abajo, mayores que los de arriba"

El lógico aumento de la documentación por el crecimiento de la ciudad, de la administración y sus trámites trajo consigo la ampliación de sus dependencias. Así en 1717 se hizo un repartimiento para costear estas obras, construyéndose en 1722 unos bancos para la antesala del Archivo a fin de posibilitar a los regidores su consulta.

La guerra de la Independencia, además de la catástrofe que supuso para Plasencia y su Tierra, causó un irreparable daño a su archivo, ya que parte de sus fondos fueron quemados por las tropas francesas. A pesar de esta destrucción parcial y otros avatares posteriores, posee más de un kilómetro en metros lineales de documentos.