La Real Chancillería de Valladolid fue una de las primeras instituciones de la Corona de Castilla que contaron con un edificio construido ex profeso para servir como depósito de documentos. El edificio conocido como el "Archivo viejo", que hoy en día es el Palacio de congresos "Conde Ansúrez", tenía dos plantas de 40 metros de largo por 16 de ancho, más un sótano y una buhardilla, destinando todo su espacio para conservar documentos. Fue inaugurado en 1682 y albergó la documentación producida por el tribunal hasta el año 1973.
En ese año se inauguró un nuevo edificio de depósitos, construido sobre un solar que había albergado parte del palacio de justicia que Felipe II mandó edificar en 1572 para ampliar la Chancillería, y que había sido derruido en 1969. Tras esto, las instalaciones que ocupa actualmente el Archivo de la Real Chancillería de Valladolid cuentan con 6.665 metros cuadrados de superficie construida, distruibidas en un edificio principal en donde se ubican los distintos servicios del Archivo destinados a la atención a usuarios, y un edificio de siete plantas destinado a zonas de trabajo y depósito documental.