Das Stadtarchiv verwahrt schriftliche und bildliche Zeugnisse zur Geschichte der Stadt Weimar vom 14. Jahrhundert bis zur Gegenwart. Das sind neben Urkunden vor allem die Akten der Stadtverwaltung und deren amtliche Druckschriften (Adressbücher, Ortsstatuten). Darüber hinaus verfügt das Stadtarchiv über Weimarer Lokalzeitungen (seit 1759), Stadtpläne und Karten (seit 1569), Sammlungen über verschiedene Institutionen und Personen sowie ein Bildarchiv mit Fotos, Postkarten und Filmen.

Für die Benutzer des Lesesaals steht eine Archivbibliothek mit Literatur über Weimar und Thüringen bereit. Dem Stadtarchiv angegliedert ist das Verwaltungsarchiv für die Akten nach 1990, die für die Öffentlichkeit allerdings noch nicht zugänglich sind. Es bewahrt aber auch wichtige Rechtsdokumente (Facharbeiter- und Beschäftigungszeugnisse) der Zeit vor 1990 auf, von denen bei persönlichem Verlust auf schriftlichen Antrag eine Kopie bestellt werden kann.