Historischer Kernbestand des Stadtarchivs ist das Reichsstädtische Archiv. Es umfasst die Überlieferung der Reichsstadt Schwäbisch Hall vom Mittelalter bis zu ihrem Ende 1802 und deckt neben der Stadt selbst das zum reichsstädtischen Territorium gehörende Umland ab.

Umfangreichster Teil ist der Bestand der Bände bis 1802 (Bestand 4), zu dem u.a. die Beetregister (Steuerverzeichnisse) ab 1395, die Stadtrechnungen ab 1411, die Ratsprotokolle ab 1478 sowie die Serien der Gült-, Lager- und Schatzungsbücher ab dem 16. Jahrhundert gehören.

Kleinere Bestände umfassen die Urkunden der Reichsstadt (Bestand 17), Akten bis 1802 (Bestand 5), Testamente (Bestand 6), Inventuren und Teilungen (Bestand 14) oder Zivil- und Kriminalprozesse (Bestände 9-12). Eine Besonderheit sind die Kirchenbücher der Stadtpfarreien bis 1802 (Bestand 2). Ein Hilfsmittel zu ihrer Benutzung ist die Genealogische Kartei (Bestand S27). 

Das Verwaltungsarchiv der Stadt Schwäbisch Hall für das 19. und 20. Jahrhundert umfasst die archivalische Überlieferung der nunmehrigen württembergischen Oberamts- bzw. Kreisstadt nach 1802. Wichtigste Teile sind die Bände 1802-1945 (Bestand 19) - u.a. mit den Serien der Ratsprotokolle, der Güterbücher und der Stadtrechnungen -, die Akten 1802-1945 (Bestand 21), die Inventuren und Teilungen nach 1802 (Bestand 18), die standesamtlichen Register (Bestand 74) die Ratsprotokolle ab 1945 (Bestand 55) und die Zentralregistratur ab 1945 (Bestand 35). Neuere, umfangreiche Aktenabgaben der Zentralregistratur (Bestände 98 und 103) unterliegen vielfach noch Sperrfristen und befinden sich im Zwischenarchiv Karl-Kurz-Straße 44. Ergänzt werden diese durch die Unterlagen einzelner städtischer Ämter wie des Ordnungsamts (Bestand 37), u.a. mit wichtigen Akten zur Geschichte des Nationalsozialismus. Zum Stadtarchiv gehören auch die Archive der eingemeindeten Ortschaften, von denen diejenigen von Bibersfeld (Bestand 52) und Sulzdorf (Bestand 31) an umfangreichsten sind. Als städtisches Unternehmen haben die Stadtwerke ihre älteren Akten an das Stadtarchiv abgegeben (Bestand 54). Umfangreich vertreten sind unter anderem auch die von einem Verein getragenen, aber von der Stadt unterstützten Freilichtspiele (Bestand 41). 

Daneben befinden sich im Stadtarchiv teils sehr umfangreiche Archive nichtstädtischer Institutionen: Das Haalarchiv enthält die Überlieferung des mit der Verwaltung der Saline betrauten Haalamts; das Hospitalarchiv beinhaltet die Unterlagen des 1228 erstmals erwähnten Hospitals zum Heiligen Geist ab dem 14. Jahrhundert, überwiegend zur Verwaltung der umfangreichen Besitzungen in Schwäbisch Hall und Umgebung. Aus dem kirchlichen Bereich sind das Archiv des Evangelischen Dekanats (Bestand Z02) sowie das katholische Pfarrarchiv Steinbach (Bestand Z01) vorhanden. Hinzu kommen die Archive von Vereinen oder Industrie- und Gewerbebetrieben (z.B. "Grossag", "Fassfabrik" K. Kurz KG). Archive und Nachlässe von Familien und Privatpersonen umfassen ein breites Spektrum von Objekten und Dokumenten der verschiedensten Art wie Briefwechseln, Tagebüchern, Kaufverträgen, Testamenten und Erbteilungen, Fotografien, Foto- und Postkartenalben, Geschäfts- und Kontobüchern, Bauplänen oder Konstruktionszeichnungen. Thematisch spezialisiert ist die seit Ende der 1990er Jahre aufgebaute Sammlung von Feldpostbriefen, Kriegstagebüchern und verwandten Dokumenten aus der Zeit der beiden Weltkriege (Bestand S24).

Die Archivalien des Stadtarchiv werden durch umfangreiche, laufend fortgeführte Sammlungen ergänzt. Die Fotosammlung mit insgesamt rund 176.000 Fotografien, Negativen, Dias und Postkarten dokumentiert bauliche Veränderungen, politische und sonstige Ereignisse sowie Persönlichkeiten und wird laufend ergänzt. Hierzu gehören auch die Bildarchive der Schwäbisch Haller Fotografen Paul Swiridoff, Ruth Balluff und Hans Kubach. Die Zeitungsausschnittsammlung (ab ca. 1968) beruht auf einer systematischen Auswertung der Lokalpresse nach Schlagworten. Weitere Sammlungsbestände umfassen z.B. Grafiken, Gemälde, Münzen und Medaillen oder Karten und Pläne.

Der wertvollste historische Buchbestand des Stadtarchivs ist die 1575 gegründete, etwa 7000 Titel des 16. bis späten 18. Jahrhunderts umfassende Ratsbibliothek im Untergeschoss des Rathauses. Entsprechend ihrer Funktion als Handbibliothek der reichsstädtischen Verwaltung liegt der Schwerpunkt auf juristischer und staatsrechtlicher Literatur, vertreten sind aber auch zahlreiche andere Bereiche wie Theologie, Reisen, Architektur oder Zoologie.

Die Bibliothek Gräter-Dürr, ein Depositum des Evang. Diakoniewerks mit ca. 1000 Titeln, entstand in einer Schwäbisch Haller Ärztefamilie und enthält überwiegend medizinische Literatur des 16.-20. Jahrhunderts.

Die Sammlung Alter Drucke dokumentiert vor allem Schwäbisch Haller Autoren, Drucker und Verleger ab dem 16. Jahrhundert bis 1900 und umfaßt rund 830 Bände, darunter zahlreiche, teils sehr seltene Werke des Reformators Johannes Brenz (1499-1570).

In der Handbibliothek des Stadtarchivs wird aktuelle Literatur zur Geschichte Schwäbisch Halls gesammelt, die im Benutzerzimmer eingesehen werden kann. Hierzu gehört auch das über Mikrofilm benutzbare „Haller Tagblatt“ ab 1788.

Vom Stadtarchiv betreut wird die Bibliothek des Historischen Vereins für Württembergisch Franken mit rund 13.000 Titeln und zahlreichen Zeitschriftenreihen. Sammlungsschwerpunkt ist Literatur zu Geschichte der Region Württembergisch Franken und Schwäbisch Halls. Nach 1900 erschienene Bände sind entleihbar.