Die seit 1833 in Berlin ansässige Zentrale des DAI umfasst den Präsidialbereich, die Hauptverwaltung sowie die Wissenschaftliche Abteilung und die Zentralen Wissenschaftlichen Dienste. Die Wissenschaftliche Abteilung an der Zentrale wurde 1972 eingerichtet. 1973 folgte die Gründung des Architekturreferats als spezialisierte Einrichtung für die historische Bauforschung, an der 2020 ein zweiter Arbeitsbereich für Baudenkmalpflege und Kulturerhalt an archäologischen Stätten eingerichtet wurde. Im Zuge der deutschen Wiedervereinigung übernahm das DAI die naturwissenschaftlichen Arbeitsbereiche des Zentralinstituts für Alte Geschichte und Archäologie der Akademie der Wissenschaften der DDR. Seit 2003 sind sie als Referat für Naturwissenschaften der Wissenschaftlichen Abteilung angegliedert. 1999 wurde mit dem Referat für Informationstechnologie (IT-Referat) ein drittes Fachreferat an der Wissenschaftlichen Abteilung gegründet. Mit der Satzungsänderung von 2005 änderte sich der Zuschnitt der Abteilung. Es wurde nicht nur die Position eines Generalsekretärs etabliert, sondern auch die einer für das ganze Institut zuständigen Bibliotheksdirektorin. Im Amtsbereich des Generalsekretärs wurden damit verstärkt für das gesamte DAI relevante Querschnittsaufgaben angesiedelt. 2019 wurde dieser Ansatz weiter ausgebaut, indem im Aufgabenbereich des Generalsekretärs neben der Wissenschaftlichen Abteilung der Zentrale mit dem Architekturreferat und dem Referat für Naturwissenschaften nun die neu gegründeten Zentralen Wissenschaftlichen Dienste (ZWD) mit den beiden Arbeitsbereichen Wissenschaftliche Informationstechnologien und Informationsinfrastrukturen geschaffen wurden, die Infrastrukturen, Dienstleistungen und Informationen zur Verfügung stellen, um den Forschungsbetrieb des DAI zu unterstützen.