El archivo del museo está organizado en dos grandes secciones: fondos en papel y fondos en imagen, con material datado desde el último tercio del siglo XIX (año 1.877) hasta la actualidad.
Este archivo cuenta con más de 1.700 metros lineales de masa documental: 1.600 corresponden a la sección en papel (unas 12.000 unidades de archivo definitivo y 800 tubos planeros) y 100 a la sección de documentos en imagen (aproximadamente 400 unidades de archivo definitivo y 15.000 unidades de almacenamiento múltiple de negativos).
Estos documentos son fichas de personal, planos de buques, memorias de construcción, manuales gremiales, documentación de servicios médicos o memorias administrativas. Son, principalmente, fondos de los astilleros de Matagorda y Puerto Real, aunque se han añadido colecciones pertenecientes a astilleros de otras zonas geográficas españolas como: Acción concertada, Astilleros Cádiz, Empresas participadas, sede central, Astillero de Sestao y Astillero de Sevilla.
Únicamente de la serie correspondiente al archivo de Matagorda, el museo custodia casi 150.000 planos y expedientes técnicos de buques. La clasificación de estos cientos de miles de documentos concluyó a finales de 2.012.