És situat a la plaça de la Catedral, al cor del barri vell de Girona, en un edifici annex al mateix temple al qual s’accedeix des del claustre. La construcció s’ha adequat a les normatives modernes i, encara que continua havent-hi algunes calaixeres de fusta, s’han substituït els antics armaris per uns 480 metres de prestatges metàl·lics i 40 més de fitxers. Tot i que els seus dos arxivers, el director mossèn Gabriel Roura i l’auxiliar Joan Villar, hi treballen a fons, l’ordenació encara no és definitiva. El document més antic que s’hi guarda és del 817 i d’aquest any en endavant la quantitat de papers és ingent. A banda de 323 exemplars de còdexs i incunables, l’arxiu allotja uns 10 000 pergamins de tipologia variada: preceptes carolingis, diplomes reials, butlles papals, sentències dictades per la cúria, juraments de fidelitat, actes de concilis i sinodals, censals i contractes de compravenda i permuta. Dins els seus fons i col·leccions es troben índexs o repertoris, dels quals destaquen els datats el 1368, el 1737 i el 1935; llibres d’obra iniciats el 1367; personals, que apuntaven les notes d’assistència al cor i als oficis, començats el 1541; capbreus i escriptures de les seves possessions des del 1349; processos des del 1240; beneficis, fundacions, causes pies, confraries i almoines des del segle XV; actes capitulars des del 1363; correspondència des del 1526; partitures musicals des del segle XVI i llibres de comptes de les seves diverses administracions des del segle XIV. A més, un compartiment fotogràfic preserva al voltant de 150 àlbums.
L’arxiu de la catedral de Girona també conté una biblioteca en la qual s’alberguen una vasta quantitat de volums. A part de la bibliografia moderna, que augmenta periòdicament gràcies a les adquisicions, la biblioteca conserva alguns dels valuosos manuscrits creats en l’antic escriptori, entre els quals cal destacar Martirologi d’Adó, datat entre els segles IX-X, l’Antiquissima collectio canonum Hispana, que conté tots els concilis celebrats a Hispània des del s. VI i del qual només resta un altre exemplar a l’homònima de la Seu d’Urgell, i un evangeliari carolingi del segle XI. El cànon XVI del concili de Nicea del 325 ja establí la figura del vetllador de dipòsits documentals que havia de custodiar registres d’ordenances, expedicions de dimissòries, decrets sinodals i conciliars i testimonis de les temporalitats eclesiàstiques. Girona tingué bisbes residents almenys des del final del segle IV o el començament del V, segons testimoni epistolar d’Innocenci I. Amb certesa, aquest arxiu gironí nasqué amb la institució, per la necessitat de gestionar tot el seu entramat de drets i d’obligacions financeres, legislatives i litúrgiques.
Com en el cas d’altres arxius hispànics, el daltabaix del període sarraí el degué afectar de manera negativa, ja que hi ha poca documentació d’aquesta època; posteriorment, s’inicià un període més regular després de la reconstrucció de l’església el 1015. Coincidint amb una butlla de Climent VII que afavoria el manteniment de la memòria escrita, el 1533 els capitulars de Girona acordaren bastir un sol arxiu que inclogués la documentació generada per totes les administracions catedralícies, que, a canvi, havien de contribuir a sustentar-lo. Un any després, s’hi destinà un treballador fix, i es reglamentà en èpoques successives la cura del material, l’horari, la retribució i la participació en les hores canòniques de qui l’havia d’endreçar. L’arxiu rebé diverses amenaces i atacs al llarg de la seva existència, i el 1868 semblà que arribava el cop de gràcia en forma del decret que ordenà la confiscació estatal dels objectes de ciència, art i literatura de les catedrals, els monestirs i els ordes militars. Sortosament, el 1875 una modificació que respectà els dos primers espoliats li permeté de continuar fins avui.