La maggior parte delle fonti documentarie riguardanti la storia del palazzo arcivescovile e dei suoi annessi sono contenute nei fondi Diplomatico arcivescovile,  Curia arcivescovile e Mensa arcivescovile , conservati all’interno dell’Archivio storico diocesano di Pisa, che ha sede dal 2001 nella ex Limonaia del palazzo arcivescovile. Queste fonti sono state utilizzate per la redazione dei vari volumi pubblicati e per la realizzazione di percorsi didattici svolti nell’archivio storico diocesano dagli alunni delle scuole medie inferiori e superiori.

Nella raccolta delle pergamene prodotte o acquisite dall’Arcivescovado troviamo le attestazioni più antiche della sede vescovile, qui citate nella pagina relativa alle origini del palazzo.

Nei libri contabili della Mensa arcivescovile sono registrati i pagamenti fatti agli artisti e alle maestranze – muratori, scalpellini, ‘dipintori’, vetrai – per la costruzione, restauro, ampliamenti, arredi e decorazioni (quadri, affreschi, sculture, tappezzerie, ecc.) dei vari spazi, e per la fornitura di materiale edile e di arredo a partire dalla seconda metà del Quattrocento, quando furono realizzati i grossi interventi voluti dall’Arcivescovo Filippo de’ Medici. Nel corso del Seicento si registrano vari lavori per l’allestimento delle diverse sedi della sala delle lauree all’interno del palazzo arcivescovile. Gli interventi realizzati nel corso del Settecento all’epoca degli arcivescovi Guidi (1734 – 1778) e Franceschi (1778 – 1806) sono sicuramente quelli più complessi e questo si riflette anche sulla documentazione contabile, particolarmente abbondante.

Ricordiamo qui la realizzazione della nuova cancelleria e il nuovo scrittoio della Mensa – collocato a pianoterra nelle due stanze a sinistra entrando – dove venivano redatti e conservati i documenti: il 13 maggio 1784 fu pagato il pittore Pietro Larucci per “conto di fregi, lambrì e soprapporte in diverse stanze del palazzo di Pisa e nel nuovo scrittoio (ASDP, Mensa arcivescovile, Debitori e creditori, n. 29, c. 31); ancora nel 1804 dipinse l’arme dell’arcivescovo Franceschi nella prima stanza dello scrittoio, mentre nella seconda – ex sede della sala delle lauree – esisteva già l’arme dell’arcivescovo Giuliano de’ Medici. Il 20 giugno 1781 viene registrato il pagamento per la fornitura di ferro utilizzato per le inferriate a mandorla, mentre il 31 maggio viene pagato il muratore per interventi alla porta e alla volta (ASDP, Mensa arcivescovile, Debitori e creditori, n. 29, c. 75). Nel 1804 fu infine realizzato il nuovo archivio della Curia: in data 10 marzo venne pagato un conto per la fornitura delle mezzane servite per la pavimentazione (ASDP, Mensa arcivescovile, Debitori e creditori, n. 31, c. 146).

Sempre nel fondo della Mensa, una documentazione particolarmente preziosa è costituita dalla serie Piante in cui troviamo numerosi disegni relativi agli interventi fatti al palazzo, specialmente a partire dalla seconda metà del XVIII secolo.

Altre fonti sono rintracciabili nel fondo della Curia, in particolare nella serie delle Visite pastorali: si veda per esempio il verbale relativo alla consacrazione dell’altare della Cappella grande, ultimata con gli affreschi dei fratelli Giuseppe e Francesco Melani, del 15 novembre 1744.