Das Stadtarchiv Mühlhausen befindet sich im Herzen der Mühlhäuser Altstadt, im historischen Rathauskomplex, dessen ältester Teil aus der Zeit von 1270/80 stammt und das neben gotischen auch Renaissance- und Barockbauten umfasst.

Das Stadtarchiv Mühlhausen verwahrt die historische Überlieferung der ehemaligen Reichsstadt Mühlhausen, gleichzeitig ist es zuständig für die archivwürdigen Unterlagen der heutigen Stadtverwaltung sowie ihrer Rechts- und Funktionsvorgänger.

Im Stadtarchiv werden über 350 laufende Meter Urkunden, Akten, Rechnungen, Chroniken, Handschriften und Karten aus der reichsstädtischen Zeit Mühlhausens seit dem 12. Jahrhundert aufbewahrt. In den einzigartigen Räumen des 1615 eingerichteten reichsstädtischen Archivs, mit seinen bemalten und verzierten Schränken und Truhen aus dem 17. Jahrhundert ist seit 1900 eine ständige Archivausstellung zur Stadtgeschichte zu sehen.
Ein Großteil der Archivalien und Sammlungen, insgesamt etwa 3.000 laufende Meter, stammt aus dem 19. und 20. Jahrhundert und befindet sich im Rathaus-Nordflügel. Dieser wurde 1964 und 2012/2013 für Archivzwecke umgebaut, wodurch eine fachgerechte Unterbringung des Archivgutes gewährleistet ist. Zum aktuellen Bestand gehören städtische Akten, familiengeschichtliche Nachlässe, Firmenakten, Vereinsunterlagen, Zeitschriften, mehrere Bibliotheken, Karten und Fotos. Das Stadtarchiv verwahrt außerdem Archivgut der eingemeindeten Ortschaften sowie Nachlässe und Übernahmen von Privatpersonen, Familien, Vereinen, Firmen und Innungen. Zu den Beständen gehören auch umfangreiche Sammlungen historischer Siegel, Karten, Plakate, Druckschriften und Fotos, Zeitungen ab 1786 sowie eine umfangreiche Präsenzbibliothek.

Eine ausführliche Recherche in den Archivbeständen ist über das Thüringer Archivportal möglich.