主殿坐北朝南，通體基本上可以稱為為石屋。其臺基、牆壁均由磚石砌成，門窗、梁坊和斗拱等傳統上應該用木料的地方也用的是仿木石料。石屋有利於防火和防潮，可以確保珍藏典籍免受損壞。

皇史宬始建於明世宗嘉靖十三年（公元1534年），是宮殿建築的重要組成部分，採用了當時適於檔案保護的最高建築技術。皇史宬繁榮總體規劃和設計思想體現了封建宗法禮制，象徵了封建帝王至高無上。它是一座廡殿式建築，屋頂蓋以黃琉璃瓦，吻獸相向，是最高等級宮殿建築。皇史宬是古代石室金匱之典範建築，正殿不用木料，全用磚石壘砌（主殿是石室，磚只是裝飾）。，殿內金匱置於1、42米高的石臺上。整個殿身是無樑建築，屋頂為拱頂，牆壁有特殊的厚度（，）。兩側對開窗戶，正南五座券門，每座約重兩噸。這些建築特點，很適宜儲存檔案：（1）皇史宬正殿不用木料，全部磚石結構，既可防火，又能防震，建築堅固耐久，幾百年巋然不動；（2）殿內築有高臺，既可瀉水，又可防潮；（3）特殊厚度的牆壁可以避免室外溫度急劇變化對室溫的影響，有利於控制室內溫度；（4）殿內東西兩側對開的窗戶和拱形的屋頂便於通風；（5）五座券門運送檔案出入方便。皇史宬主要收藏皇帝的實錄、聖訓（寶訓）和玉牒。這些檔案均收貯於鎏金銅皮包楠木製成的金匱內。室內金匱明代有20臺，清雍正時增至31臺，同治時為141臺，光緒時增至153臺。清代還把107顆將軍印信存放於皇史宬，另貯《大清會典》等。兩側配殿清代還儲存過內閣題本的副本。皇史宬是我國封建社會檔案庫建築方面的一個傑出代表，是我國古代檔案事業的一份珍貴遺產。