L'Archivio di Stato di Siena fu istituito con motuproprio del granduca Leopoldo II il 17 novembre 1858, nel clima di apertura degli archivi alla ricerca storica, di cui in Toscana fu animatore Francesco Bonaini, ed ebbe sede nel palazzo Piccolomini, ove ancor oggi sono conservati i fondi.
Vi furono concentrati tre complessi di archivi: quello delle Riformagioni (detto anche archivio del Governo), quello dei contratti (o Archivio notarile) e il Diplomatico proveniente dal Comune. Un notevole incremento del patrimonio documentario si ebbe nel periodo 1863-1875, dovuto alla soppressione di uffici e magistrature granducali e alla concentrazione dei loro archivi nella sede di Palazzo Piccolomini. Nel 1864 l'Archivio di Stato di Siena si arricchì anche di quelle composizioni pittoriche su tavola, conosciute col nome di tavolette della Biccherna, che costituivano le copertine dei codici delle Biccherne e di altre magistrature del comune medievale senese. Successivamente la concentrazione del materiale si accentuò non solo con i versamenti di atti appartenenti ad uffici dello Stato unitario, ma anche con l'acquisizione di archivi familiari spontaneamente donati o depositati da privati cittadini.
L'adozione del metodo storico di ordinamento d'impronta bonainiana modificò significativamente la struttura di molti dei fondi che erano confluiti nell'Archivio senese al momento della sua costituzione, anche se i successivi ripensamenti portarono in seguito a recuperare parzialmente gli assetti precedenti.
La divisione in tre sezioni (politica, economica e giudiziaria), prevista dal regolamento per gli Archivi di Stato del 1875 e che compare ancora nel Manuale del 1910, è stata successivamente abbandonata, secondo una tendenza che ha interessato la maggior parte degli altri Archivi di Stato. Per quanto possibile, sono state eliminate antiche aggregazioni documentarie di carattere miscellaneo, riconducendo la documentazione alle istituzioni di provenienza. L'intensa attività di ordinamento portata avanti nel corso dei decenni ha prodotto una nutrita serie di inventari, che ricontrollati e completati, hanno infine potuto dar luogo – raggiunta una conoscenza integrale di tutto il materiale esistente nell'Archivio – a una guida particolare in tre volumi, la “Guida-inventario dell'Archivio di Stato di Siena”, pubblicata tra il 1951 e il 1977.
