Със създаването на Исторически музей – Ямбол на 1 февруари 1952 г. започва и сформирането на Научния архив към него. За пръв директор на културната институция е назначена Венета Дачева, която успява да събере и съхрани през годините пълната документация на музея. След нейното пенсиониране през 1969 г. минават години, през които архивът остава забравен и недопълван. Нещата се променят с назначаването за директор през март 1974 г. на Петър Петров.
В началото на 80-те год. на ХХ в. Комитетът за култура в София, който тогава е с ранг на министерство, изпраща на ямболския музей примерна номенклатура, която да послужи за правилната подредба и съхранение на Научния архив. Намаленият щат на институцията е причината да няма назначен човек, който да оглави отдел „Научен архив”.
През 1987 г., при анулирането на окръзите в България, бива закрит и Окръжния съвет за култура в Ямбол, който дотогава отговаря за музея и музейните специалисти. След тези промени културната институция минава на подчинение на община Ямбол. Щатните бройки са увеличени от 25 на 29 човека.
На 1 март 1987 г. Михаил Вълов е назначен за уредник в Научен архив и се заема с пълната обработка на документите. За целта е командирован в Националния исторически музей в София, където под ръководството на Мариана Цонева, специалист по архивно дело, усвоява работата. По-късно М. Цонева пък пристига в Ямбол, за да окаже помощ на място. В продължение на четири години, от март 1987 г. до средата на 1991 г., Вълов създава Научния архив при музея във вида, в който е и днес.
Следващият уредник в отдел „Научен архив” е бившият директор Петър Петров, който продължава работата по обработката на последните останали архивни документи в рамките на още няколко години. С неговото пенсиониране през 1999 г. отделът е закрит. За кратко време отново бива открит, а завеждащ отдела става Тенко Тенев.
В Научния архив са съхранени и обработени хиляди документи, съдържащи богата и ценна информация, свързана с цялостната дейност на музея през всички години. Най общо архивът е разделен на пет основни раздела, всеки съдържащ множество подраздели, събрани в десетки томове. Разделите следват:
01 – Ръководство, инструктаж и контрол
02 – Планиране и отчетност
03 – Културно-просветна дейност
04 – Научно-изследователска работа
05 – Събирателска дейност и отчетна документация
Освен гореизброените раздели в Научен архив влиза и Поселищен архив. Той представлява отделни папки със събрани материали за всяко селище в Ямболския край. Информацията вътре е разнообразна и включва археология, етнография, нова история и др. Поселищният архив е създаден през 60-те години на ХХ в. по идея на уредника Николай Домусчиев.
Днес отдел „Научен архив” продължава да опазва и да разширява своята научна документация, за да предаде на следващите поколения музейни уредници, богатия си набор от информация.