Archiwum Państwowe w Płocku rozpoczęło działalność w czerwcu 1919 r. Organizatorem i pierwszym kierownikiem Archiwum był Stefan Welamin Rutski, a jego siedziba mieściła się początkowo w gmachu Państwowego Gimnazjum im. St. Małachowskiego. W 1927 r. zostało przeniesione do lokalu na parterze w gmachu Urzędu Starościńskiego przy ul. Kolegialnej 15. Podstawą utworzenia placówki był reskrypt Rady Regencyjnej z dnia 31 lipca 1918 r. i dekret Naczelnika Państwa „O organizacji archiwów państwowych i opiece nad archiwaljami” 7 lutego 1919 r. Była ona najmniejszą w sieci polskich archiwów państwowych w okresie międzywojennym, na zasób Archiwum w 1926 r. składało się ok. 55 tys. jednostek archiwalnych, przede wszystkim akt rosyjskich władz gubernialnych i powiatowych z XIX-XX w. oraz niemieckich władz okupacyjnych z lat 1915-1918.

Działalność Archiwum Państwowego w Płocku przerwał wybuch II wojny światowej. Niemieckie władze archiwalne już jesienią 1939 r. postanowiły je zlikwidować, a cały zasób wywieść do prowincjonalnego Archiwum Państwowego w Królewcu, co faktycznie nastąpiło w styczniu 1941 r. Zdecydowana większość zasobu uległa zniszczeniu, ocalało tylko ok. 30 % akt, które wraz z innymi archiwaliami wróciły po wojnie do kraju i trafiły do Archiwum Głównego Akt Dawnych. Stąd za pośrednictwem Archiwum Państwowego m.st. Warszawy i województwa warszawskiego zostały partiami przekazane do powstałego na mocy Zarządzenia Ministra Oświaty z 21 lipca 1950 r. Oddziału Powiatowego w Płocku. Archiwum rozpoczęło faktyczną działalność z początkiem 1951 r. i mieściło się początkowo w Zamku Książąt Mazowieckich przy ul. Tumskiej 2. Po wejściu w życie Dekretu o archiwach państwowych z dnia 29 marca 1951 r. działało pod nazwą Powiatowe Archiwum Państwowe w Płocku i do końca 1952 r. było podporządkowane Archiwum Akt Nowych w Warszawie. Zasięg jego działalności obejmował powiaty: gostyniński, płocki i sierpecki.

Na podstawie zarządzenia Naczelnego Dyrektora Archiwów Państwowych z dniem 1 lipca 1953 r. archiwum płockie przekształcono w Oddział Terenowy Wojewódzkiego Archiwum Państwowego w Warszawie. W roku następnym Oddział Terenowy otrzymał jeden lokal w gmachu Sądu Powiatowego w Płocku przy ul. Narutowicza 6, w którym zainstalowano biuro, bibliotekę podręczną oraz kilka mniejszych zespołów. Magazyny archiwalne nadal znajdowały się przy ul. Tumskiej 2. Dopiero w 1959 r. przyznano Oddziałowi nowe pomieszczenie po Drukarni Płockiej przy ul. 1-go Maja 1. W grudniu 1972 r. Prezydium Miejskiej Rady Narodowej w Płocku podjęło uchwałę o przyznaniu na siedzibę Oddziału Terenowego zabytkowego XIX-spichlerza wschodniego, zlokalizowanego przy ul. Wieczorka 13 (obecna ul. Kazimierza Wielkiego 9b). 8 stycznia 1982 r. władze miejskie formalnie przekazały niniejszy obiekt Archiwum, oficjalne otwarcie nowej siedziby nastąpiło 15 czerwca 1992 r.

Z dniem 1 lutego 1976 r. w miejsce Oddziału Terenowego powołano Wojewódzkie Archiwum Państwowe w Płocku z Ekspozyturą w Łęczycy, obejmujące swym działaniem teren nowo utworzonego województwa płockiego. Po wejściu w życie ustawy archiwalnej z 1983 r. o narodowym zasobie archiwalnym i archiwach placówkę przemianowano na Archiwum Państwowe w Płocku, które jako samodzielna jednostka podlegająca bezpośrednio Naczelnej Dyrekcji Archiwów Państwowych funkcjonowało do dnia 1 grudnia 1991 r., kiedy to zostało przekształcone w Oddział Archiwum Państwowego m.st. Warszawy. Na mocy Rozporządzenia Ministra Edukacji Narodowej z 25 lipca 1994 r. przywrócono samodzielność, a Zarządzeniem nr 8 Naczelnego Dyrektora Archiwów Państwowych powołano oddziały zamiejscowe Archiwum Państwowego w Płocku w Kutnie i w Łęczycy. Od 1999 r., z chwilą wejścia w życie reformy podziału administracyjnego kraju, zasięgiem działania Archiwum Państwowego w Płocku jest – na terenie województwa mazowieckiego - obszar obejmujący: miasto na prawach powiatu Płock, powiaty gostyniński, płocki i sierpecki, gminę Czerwińsk n. Wisłą powiatu płońskiego i gminę Iłów powiatu sochaczewskiego; na terenie województwa łódzkiego – obszar obejmujący: powiat kutnowski i gminę Kiernozia powiatu łowickiego (teren działania Oddziału w Kutnie) oraz miasto Łęczyca i gminy: Daszyna, Góra Św. Małgorzaty, Łęczyca, Piątek i Witonia powiatu łęczyckiego (teren działania Oddziału w Łęczycy).