À ses débuts, la Cinémathèque suisse s'installe Place de la Cathédrale 12 et occupe les anciennes écuries du parc de Mon-Repos. Au fil des années, de nouveaux locaux de stockage sont aménagés à Lausanne, à Renens, et enfin à Penthaz, où l'ensemble des archives sont réunies en 1992. Inauguré en 2019, le nouveau Centre de recherche et d'archivage de Penthaz assure également la pérennité numérique du patrimoine. Enfin, l'institution dispose d'une succursale alémanique à Zurich et d'un dépôt d'appareils et autres objets cinématographiques à Schlierbach (LU).
Plus de 10 millions d'objets peuplent les collections de la Cinémathèque suisse. Des objets très divers et souvent fragiles, fruit d'acquisitions, dons et dépôts de professionnels du cinéma, associations, maisons de production et de distribution, festivals de cinéma, ou encore de particuliers. Quelques perles sont à découvrir dans la rubrique suivante "Trésors des collections".