ארכיון מוזיאון תל אביב לאמנות מתעד את הפעילות וההיסטוריה של המוזיאון מ־1929, אז החל דיזנגוף לפעול למימוש הקמת המוזיאון, ועד ימינו. הארכיון אוסף, משמר ונותן גישה למידע אותנטי הקשור לעבודת המוזיאון לאורך 90 שנותיו, ונובע ממנה. הארכיון מחויב להשיג את מטרותיו באמצעות כלים טכנולוגיים מתקדמים, ומעודד את מעורבות הציבור בתכנים.

גוף הידע הארכיוני העשיר מכיל קרוב לשני מיליון פריטים פיזיים ומאות אלפי פריטים אלקטרוניים המשקפים את ההיסטוריה ותחומי העניין של המוזיאון, ביניהם פרוטוקולים, דוחות, מסמכי מנהלים, אוצרים ואישים, תיקי תערוכות, יצירות ותורמים, פרסומים מוזיאליים, חוֹלְפוֹת (אפמרה), תצלומים, תוכניות אדריכליות, הקלטות וידאו ואודיו. מידע רב־ערך זה הוא עדות לתהליך הקמתו של המוזיאון, לעבודת מנהליו לאורך השנים, להתפתחות האוספים, להיסטוריית התערוכות, לפעילויות אגף החינוך, לקשרים עם אמנים, גלריות, מוסדות אמנות בארץ ובחו״ל, ולקשר בין המוזיאון לתושבי ישראל. יחד מהווים חומרים ארכיוניים אלו מקור מידע חיוני הן להמשכיות מוסדית והן למחקר תולדותיו ותפקידו של המוזיאון בהיסטוריה העירונית והלאומית.