Державний архів Одеської області був утворений у березні 1920 р., коли він отримав назву “Одеський історичний архів”. Головною його функцією була концентрація архівних документів на території Одеси та Одеської губернії (округи, області), контроль за відомчими архівами, забезпечення обліку і збереження документів, організація їх використання і публікації. В організації архівної системи в Одеському регіоні взяли участь професора А.В.Флоровський, М.Є.Слабченко, Ю.Г.Оксман, С.Я.Боровий, архівіст і військовий історик О.О.Рябінін-Скляревський, та багато інших відомих науковців, громадських і державних діячів.

Держархів Одеської області починався з 22-х фондів, прийнятих від різних організацій, установ, підприємств, церков, що припинили свою діяльність після остаточного встановлення у місті радянської влади. З 1920 р. найбільш значущі установи систематично здавали найцінніші документи на постійне державне зберігання. До 1940 року в обласному архіві було сконцентровано понад 4400 фондів.

З початком Великої Вітчизняної війни, в 1941 році частина фондів була евакуйована до м. Сталінград, а потім – до м. Уральськ Західно-Казахстанської області; значна кількість документів залишилася у місті під час німецько-румунської окупації. В роки війни було втрачено понад 400 тис. справ Держархіву, а всього по Одеській області – більше 1 млн. справ. У квітні 1944 р., після звільнення Одеси від окупантів та повернення евакуйованих фондів, архів відновив свою діяльність у повному обсязі.

До 1958 року архів підпорядковувався Міністерству Внутрішніх Справ УРСР, потім – Головному Архівному Управлінню при Кабінеті Міністрів УРСР (України); з 1999 року – Державному Комітету Архівів України при Кабінеті Міністрів України, з 2010 р. – Державній архівній службі України.

У 1991 р. до складу обласного архіву були включені фонди колишнього Партійного архіву Одеського обкому Компартії України.

Одеський історичний архів (1920-1923),

Одеський губернський історичний архів (1923-1925),

Одеський крайовий історичний архів (1925-1932),

Одеський обласний державний архів (1932-1941),

Державний архів Одеської області (1941-1958),

Одеський обласний державний архів (1958-1980),

Державний архів Одеської області (з 1980).