Die Bestände des Stadtarchivs enthalten Schrift-, Sach- und Bildquellen aus einem Zeitraum vom Mittelalter über die Frühe Neuzeit bis in die Gegenwart. Das Stadtarchiv dokumentiert mehr als 800 Jahre Geschichte der Stadt, ihrer Stadtteile und der umliegenden Region. Es gliedert sich in über 70 größere Einzelbestände, zahlreiche Sammlungen, Depositate und Nachlässe. Hinzu kommen das überregional bedeutende Bildarchiv mit rund 1,5 Millionen Fotografien sowie eine Präsenzbibliothek mit rund 25.000 Bänden und eine zugehörige Rara-Sammlung.

Zum Stadtarchiv gehören unter anderem auch das Westfälische Literatur- und Musikarchiv sowie das Karl-Ernst-Osthaus-Archiv mit den angeschlossenen Sammlungen. Unter den Einzelbeständen sind besonders die umfangreichen Bestände zum Handlungshaus und Unternehmen Johann Dietrich Post, zum Papierunternehmen Vorster, zur Familie und dem Unternehmen Johann Caspar Harkort, zur Varta Batterie AG und zur Zwangsarbeit in Hagen 1939 bis 1945 zu nennen. In das Stadtarchiv gelangten auch Teile der früheren Hausarchive der Adelssitze Haus Busch und Haus Dahl.

Das Bauordnungsarchiv enthält unter anderem wertvolle Architekturpläne aus dem 19. bis 20. Jahrhundert, darunter zum "Hagener Impuls" vor 1914, zur Architektur der Zwanziger Jahre unter Einfluss des Bauhauses und dem Wiederaufbau 1946 bis 1955.
Die Bestände können zu den angegebenen Öffnungszeiten und nach vorheriger Vereinbarung im Benutzersaal eingesehen werden. Ein Teil der Archivalien ist als Mikrofilm-Editionen und in digitalisierter Form verfügbar. Im Internet sind derzeit rund 15.000 Akten online recherchierbar. Geplant ist eine Online-Bilddatenbank mit Recherche- und Bestellfunktionen.