В XVII веке более половины внешнеторгового оборота России проходило через Архангельск. Торговля с представителями Московской компании осуществлялась в деревянном гостином дворе, построенном в начале XVII века.

16 мая 1667 года в городе произошёл сильный пожар, уничтоживший деревянные гостиные дворы. Вскоре было принято решение о возведении каменного Гостиного двора. 26 июня 1667 года по приказу царя Алексея Михайловича в Архангельск отправились градостроители Петр Гаврилович Марселис, «мастер немчин» Вилим Шарф и пять каменщиков. Им было поручено выбрать место для строительства каменных гостиных дворов и амбаров. Во время поездки Марселиса было решено возводить каменные Гостиные дворы на месте прежних деревянных на мысе Пур-Наволок.

29 февраля 1668 года началось строительство двух комплексов: Русского и Немецкого Гостиного двора. Руководил работами иноземный инженер Матис Анцин, а с 1671 года, русский зодчий Дмитрий Михайлович Старцев.

В 1670 году крупный пожар уничтожил деревянную оборонительную крепость Архангельска, и было решено дополнить комплекс военными элементами, создав пространство в центре между Русским и Немецким Гостиным двором в виде Каменного города-крепости. Были построены стены, четыре угловые башни и две башни в центре длинных стен вдоль Северной Двины. В 1684 году, к столетию города, строительство было завершено. Через 10 лет Архангельск посетил Пётр I, который часто бывал в Гостином дворе, наблюдая за торговлей голландских, английских, датских и норвежских купцов.

В XVIII веке основная внешнеэкономическая деятельность переместилась в Санкт-Петербург, и на торговлю через Архангельск были наложены ограничения. Гостиные дворы стали невостребованными и начали разрушаться.

В 1770-е годы здание было признано аварийным, и было принято решение о реконструкции. Каменный город и Немецкий Гостиный двор разобрали, а кирпичи и известняковые плиты использовали для ремонта оставшейся части Русского Гостиного двора.

В 1788 году было построено здание биржи с башней. Во время навигации над башней поднимался флаг и устанавливался фонарь. В 1809 году были достроены соляные склады.

В начале XX века южная, восточная и северная части Русского Гостиного двора были разобраны, сохранилась только западная стена вдоль Северной Двины.

В 1981 году комплекс был передан Архангельскому краеведческому музею, и в здании разместились выставочные залы музея.

В постсоветское время ансамбль долгое время находился в аварийном состоянии. В 2006 году Гостиный двор включили в областную программу «Культура Русского Севера (2006, 2009)», по которой были выделены средства на реставрацию. В 2008 году здание Биржи с центральной башней было отреставрировано и окрашено в жёлтый цвет.