Pasadenan historian museon tutkimuskirjasto ja arkisto ylläpitää alueen laajinta ja kattavinta kaupungin historiaan liittyvien asiakirjojen ja esineiden kokoelmaa. Tutkimuskirjasto sisältää runsaasti yli 1000000 historiallista valokuvaa, harvinaisia kirjoja, käsikirjoituksia ja karttoja, arkkitehtonisia asiakirjoja ja paljon muuta. Museon kokoelmiin kuuluu laaja taidekokoelma, johon kuuluu muun muassa paikallisten plein air-maalareiden maalauksia sekä Tekstiilejä, keramiikkaa, kalusteita ja muita alueelle historiallisesti merkittäviä kolmiulotteisia materiaaleja. Museon puku-ja tekstiilikokoelmaan kuuluu yli 3 000 esinettä vuosilta 1880-1970.
museon laajassa valokuva-arkistossa on noin miljoona valokuvaa, joista osa pelkästään negatiivisessa muodossa, joissa on merkittävien Pasadenan varhaisten valokuvaajien töitä 1800-luvun loppupuolelta sekä valokuva-albumeita, stereografioita ja postikortteja. Museossa on myös Pasadena Star-Newsin ja paikallisten valokuvaajien J. Allen Hawkinsin ja Flag Studiosin valokuvakokoelmia. Museon sanomalehtiarkistossa on 15 lineaarijalkaa paikallislehtiä, muun muassa sidottuja kopioita Pasadenan tähdestä vuosilta 1886-1924. Tutkimuskirjastossa on noin tuhat kirjaa ja yli 300 käsikirjoitusta 1830-luvulta nykypäivään.
arkistossa on myös Pasadenan suunnitteluosaston suunnittelu-ja Historiaselvityksiä, Pasadenan kaupunkihakemistoja sekä Pasadenan ja Länsi-San Gabrielin laakson historiallisia karttoja, mukaan lukien Sanbornin Palovakuutuskarttoja Pasadenalle.
arkistotalossa on yli 150 erikoiskokoelmaa, jotka ovat lahjoittaneet Pasadenassa toimivat yksityishenkilöt, järjestöt ja yksityishenkilöt. Näitä ovat Sylvanus Marstonin arkkitehtuuripiirustusten kokoelma, ruusujen turnaus, Giddings-Hollingsworthin perhekokoelma, Fenyes-Curtin-Paloheimo Papers, mustan historian kokoelma ja Hugh Anderson/Model Grocery Company-kokoelma. Erikoiskokoelmat on listattu museon verkkosivuilla, ja osa niistä on saatavilla Online Archives of California-sivuston kautta.
tutkimuskirjasto ja-arkisto sijaitsevat Historiakeskuksen alatasolla ja avoinna torstaista sunnuntaihin kello 1-14.museoalueella on ilmainen pysäköinti.