El archivo conserva documentación desde el siglo XII hasta nuestros días. El documento más antiguo es un privilegio rodado de Alfonso VIII fechado en 1191 por el que se vende al concejo de Valladolid por la cantidad de dos mil aureos la villa de Santovenia, situada en el Alfoz de Cabezón de Pisuerga.
La documentación refleja ocho siglos de vida municipal, que ocuparán más de cuatro kilómetros de estanterías.
De su variedad cabe destacar:
16.000 libros de archivo
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Libros de actas de las sesiones del Pleno y de Comisiones desde 1497 hasta 1998 (digitalizados, accesibles a través de la web)
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Libros de registro de entrada y salida de documentos, libros de enterramientos, padrones, intervención, quintas, presupuestos y contabilidad municipal
40.000 cajas de documentos
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Pergaminos de la Edad Media (1191-1393)
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Privilegios (1393-1596)
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Cédulas de Reedificación Urbanística de Valladolid emitidas por Felipe II tras el incendio de la villa en 1561
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Expedientes de reconocimiento de hidalguía de los años 1771 a 1835
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Gobierno municipal
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Establecimientos e industrias
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Hospital de Esgueva: Hospital de Santa María de Esgueva que abarca desde finales del siglo XV a principios del XX
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Licencias de obras
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Planes Generales de Ordenación Urbana, Planes Parciales, Áreas de Intervención
Documentación especial
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Fondo fotográfico de la ciudad de Valladolid
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Cartografía: planes de urbanismo desde 1863
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Bandos de Alcaldía correspondientes a los siglos XIX y XX
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Carteles de las Ferias y Fiestas de los siglos XIX y XX
Biblioteca
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Publicaciones sobre la historia de la ciudad de Valladolid
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Biblioteca del Círculo del Teatro Calderón con libros y revistas de la segunda mitad del siglo XIX y primera del XX
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Hemeroteca: diarios (El Norte de Castilla, Diario Regional, Libertad, El Mundo de Valladolid), publicaciones periódicas (Boletín Oficial de la Provincia, Boletín Oficial de Castilla y León, Boletín Oficial del Estado) y revistas. Destaca la colección de publicaciones satíricas de la segunda mitad del siglo XIX.