Арсенал був побудований за проектом військового інженера П. Гродзинського у 1639 —1649 рр. на місці старого, так званого Малого арсеналу (1575 р.). Новий арсенал отримав назву — Королівський, оскільки 2/3 вартості будівництва сплатив король Владислав IV Ваза. Необхідність споруди була продиктована мілітарними потребами пов’язаними з наближенням війни з Туреччиною — він мав стати складом амуніції.
Як і City Arsenal, Королівський був прибудований до Високого муру і входив до системи укріплень. У разі штурму він ставав пасткою для тих, хто б увірвався у двір, бо кожна точка подвір'я прострілювалася з вікон.
До складу Королівського арсеналу входять три двоповерхові муровані корпуси. Яскраві ознаки стилю бароко відображені в архітектурі головного корпусу. На його південному фасаді, в першому ярусі, розміщено портал входу, аналогічний за формою до брами на подвір'я. Над порталом розміщено вирізьблені з каменю жерла гармат. І раніше саме цей портал був п'єдесталом скульптури "Святий Михаїл, що вбиває сатану", виготовленої з металу у 1639 р.
Арсенал використовувався як склад міської зброї і виконував свої безпосередні функції до 1768 р. При ньому також діяли ливарня, у котрих відливали зброю та дзвони, а також різні майстерні.
Після того як Львів зайняли австрійці, в результаті першого поділу Польщі і внаслідок реформ проведених імператором Австрії Йосипом ІІ, в арсеналі поселилися монахи з ліквідованих монастирів.
З 1927 р. приміщення використовують під державний архів. Після 1939 р. тут містяться фонди Центрального державного історичного архіву України та дирекція Державного архіву Львівської області. Двічі — у 1824 і 1954 рр. пам'ятка реставрувалася. Під час останньої реставрації на її головному фасаді відкрито замуровану лоджію.