Zu Beginn befand sich die Cinémathèque suisse an der Place de la Cathédrale 12 in den ehemaligen Stallungen des Parc de Mon-Repos. Im Laufe der Jahre wurden neue Depots in Lausanne, Renens und schliesslich in Penthaz eingerichtet, wo 1992 das gesamte Archiv zusammengeführt wurde. Das 2019 eingeweihte neue Forschungs- und Archivierungszentrum in Penthaz ermöglicht nun auch die digitale Bewahrung des Kulturerbes. Darüber hinaus verfügt die Institution über eine deutschsprachige Niederlassung in Zürich und ein Depot für Apparate in Schlierbach (LU).
Mehr als 10 Millionen Objekte befinden sich in den Sammlungen der Cinémathèque suisse. Es handelt sich um sehr unterschiedliche und oft fragile Objekte, die das Ergebnis von Ankäufen, Schenkungen und Hinterlegungen von Filmschaffenden, Verbänden, Produktionsund Sendeanstalten oder auch von Privatpersonen sind.