Depuis leur création en 1796, les archives départementales ont occupé divers lieux d'Avignon : l'ancien palais archiépiscopal jusqu'en 1805, puis l'hôtel d'Anglésy rue Saint-Agricol de 1805 à 1825, le deuxième étage de l'hôtel des bureaux de la préfecture à l'ancien hôtel de L'Espine. Face à l'exigüité des lieux, on loua en 1854 l'aile droite de l'hôtel de Baroncelli-Javon pour y installer une partie des archives. Puis en 1875, avec l'acquisition de l'hôtel Foulc, les archives y furent transférées en totalité, pour quelques années. En 1878, le conseil général reprit l'idée d'installer les archives départementales dans la partie nord-ouest du palais des Papes appartenant au département (par décret du 9 avril 1811) et tout juste libérée par les prisons départementales ; à la suite du chantier de restauration de cette partie du palais (chapelle de Benoît XII), entrepris de 1879 à 1883, les archives départementales y furent transférées en 1883.

En 1909, l'archiviste Léopold Duhamel obtint la création d'une annexe au palais de justice de Carpentras pour les archives des anciens tribunaux ; ces fonds quittèrent Carpentras pour venir à Avignon en 1926 dans l'ancienne chapelle du séminaire Saint-Charles, aménagée en dépôt annexe des archives, tandis que l'annexe de Carpentras reçut à partir de la même année le minutier notarial de cette ville.