Die ältesten Wurzeln des Sächsischen Staatsarchivs liegen bereits in der Mitte des 13. Jahrhunderts, als sich in der markmeißnischen Kanzlei ein Urkundendepot herauszubilden begann. Ein Auslesearchiv für die wertvollsten Urkunden ist 1330 nachweisbar. 1378 entstand das älteste bekannte Inventar des landesherrlichen Archivs, das sich parallel zur historischen Entwicklung eines geregelten Geschäftsgangs in der Kanzlei herausbildete. In diesem ging mit der Übernahme der Kurwürde durch die Wettiner (1423) auch die Überlieferung der askanischen Herzöge von Sachsen auf. Bei der Leipziger Teilung 1485 teilte man die Archivbestände weitgehend zwischen Ernestinern und Albertinern auf. Allerdings blieb ein unteilbarer Rest unter gesamthänderischer Verwaltung seit 1554 im Wittenberger Schloss verwahrt, bis er 1802 ebenfalls den Archiven in Dresden, Weimar und Gotha zugewiesen wurde.

Nach 1547 entstanden im albertinischen Kursachsen schrittweise große zentrale Behördenarchive. Darunter traten das von Johann Friedrich Reinhardt 1702 neu konstituierte Archiv des Geheimes Rats (Geheimes Konsilium), auch "Geheimes Archiv" genannt, ferner das Geheime Kabinettsarchiv (1708, 1738), das Kammerarchiv (Geheimes Finanzarchiv, 1731, mit Finanzplankammer, 1814) und das Archiv der Landesregierung besonders hervor. Die sächsischen Staatsreformen, die seit 1831 ein einheitliches Staatsgebiet, eine Ministerialverfassung und eine dreistufige Verwaltungshierarchie schufen, wirkten sich auch auf das Archivwesen aus. Das 1834 errichtete Hauptstaatsarchiv wurde zum Zentralarchiv für die gesamte Staatsverwaltung und vereinte die bestehenden Behördenarchive sukzessive unter einem Dach. Doch erst mit der Übernahme des zunächst selbstständig gebliebenen Finanzarchivs zwischen 1873 und 1888 und der schrittweisen Integration des sächsischen Kriegsarchivs nach 1918 war die Konzeption eines sächsischen Zentralarchivs endgültig erfüllt. Große Teile der Altregistraturen der 1831 aufgelösten Behörden wurden sogar erst in den Jahren zwischen 1918 und 1945 an das Staatsarchiv abgegeben.

Für die Unterlagen aus der Zeit vor 1831 richtete man bei der Gründung des Hauptstaatsarchivs folgende Beständeabteilungen ein, in denen die die großen Vorgängerarchive als selbstständige Tektonikgruppen fortlebten:
I Originalurkunden
II Wittenberger Archiv
III Archiv des Geheimen Rates, Geheimes Archiv
IV/V Archiv des Geheimen Kabinetts
VI Albertinische Nebenlinien
VII Archiv des Geheimen Konsiliums
VIII Archiv der Landesregierung
IX Archive aufgelöster Behörden
IX A Stiftsregierung (Stift-Meißnische Regierung) zu Wurzen
IX B Oberhofgericht
IX C Verschiedene Behörden (Stiftsregierung Zeitz, 1815 sächsisch gebliebene Orte betr.; Gotha-Altenburgische Akten betr. Borna; Konsistorium Leipzig; Leipziger Schöppenstuhl)
XI Landkarten, topographische Blätter, Zeichnungen, Siegel, Stempel und Bildwerke
XII Depositen
XIII Gesetzgebungssachen
XIV Diplomatarien und Abschriften
XV Archivarische Ausarbeitungen
XVI Archivsachen und archivarische Hilfsmittel

Aus heutiger Sicht handelte es sich bei den meisten dieser Beständeabteilungen um Mischbestände, die Unterlagen verschiedener Herkunftsbehörden (Provenienz) in sich vereinigten. Dies gilt auch für das später als Abteilung XVIII hinzugetretene Finanzarchiv, dessen Überlieferung ebenfalls überwiegend aus der Zeit vor 1831 stammt. Inzwischen sind die Archivalien zu einem großen Teil im Sinne des Provenienzprinzips neu geordnet worden, so dass die behördliche Herkunft im Einzelnen deutlich erkennbar ist. Mit der Übernahme in das Hauptstaatsarchiv erhielten die älteren Beständeabteilungen grundsätzlich keinen Zuwachs mehr. Sie wurden allerdings im Lauf des 19. Jahrhunderts mehrfach umstrukturiert und durch einzelne Neuerwerbungen des Archivs ergänzt. Dazu gehören auch zahlreiche Unterlagen, die aus heutiger Sicht als Sammlungsgut gelten müssen. Vor allem in die Abteilungen III Geheimes Archiv (heute weitgehend identisch mit Bestand 10024), VII Geheimes Konsilium (heute Bestand 10025) und IV/V Geheimes Kabinett (heute Bestand 10026) wurden nachträglich zahlreiche Akten und Aktengruppen fremder Provenienz eingearbeitet. Wichtige Bestände aus der Zeit vor 1831 kamen erst nach 1918 ins Hauptstaatsarchiv, insbesondere die Akten und Plankammern der ehemaligen Hofbehörden.

Zwischen 1960 und 1970 gaben das Landeshauptarchiv Magdeburg und das Zentrale Staatarchiv der DDR, Abteilung Merseburg, zahlreiche Archivalien sächsischer Zentralbehörden nach Dresden zurück. Dabei handelte es sich um Akten, die Sachsen als Folge des Wiener Kongresses von 1815 an Preußen hatte abgeben müssen. Diese waren später in das preußische Provinzialarchiv in Magdeburg und das preußische Geheime Staatsarchiv in Berlin (als Archiv für die Provinz Brandenburg) gelangt. Einige wenige Akten mit Bezug auf Gebiete, die nach 1815 der preußischen Provinz Schlesien zufielen, befinden sich derzeit im Archiwum Panstwowe w Wroclawiu (Staatsarchiv Breslau). Lokalbehördliche Überlieferung aus den kursächsischen Gebieten, die 1815 an Preußen und Thüringen fielen, befinden sich heute im Landeshauptarchiv Sachsen-Anhalt, Abteilung Magdeburg/Wernigerode, im Brandenburgischen Landeshauptarchiv und im Thüringischen Hauptstaatsarchiv Weimar.

Bedeutende Unterlagen aus der Zeit vor 1831 finden sich ferner im Kriegsarchiv (ursprünglich XIX. Abteilung, heute in der Beständegruppe "Militär" im Hauptstaatsarchiv Dresden), im Dresdner Kartenbestand (12884 Karten und Risse) und in den Beständegruppen "Herrschaften", "Kommunen" und "Geistliche Institutionen" aller Abteilungen des Staatsarchivs.

Die Beständegruppen "Kommunen" und "Geistliche Institutionen" umfassen vor allem im 19. und 20. Jahrhundert akquirierte Deposita, darunter die Urkunden des Hochstifts Meißen (Bestand 12856 Domkapitel Meißen im Hauptstaatsarchiv Dresden)¸ worunter sich die ältesten Dokumente des Sächsischen Staatsarchivs überhaupt befinden. Überlieferung lokaler Behörden aus der Zeit vor 1831 (v. a. Ämter, Konsistorien, Superintendenturen, ältere Kreis- und Amtshauptmannschaften) findet sich je nach regionaler Zuständigkeit im Hauptstaatsarchiv Dresden sowie in den Staatsarchiven Chemnitz und Leipzig. Überlieferung der Oberlausitz (v. a. der Oberamtsregierung und des Lehnhofs Bautzen) wird im Staatsfilialarchiv Bautzen (Archivverbund Bautzen) verwahrt, die reichhaltige Akten- und Rissüberlieferung der mittleren und unteren Montanbehörden im Bergarchiv Freiberg.