El Servei fou creat l'any 1914 per la Diputació de Barcelona presidida per Enric Prat de la Riba, com a conseqüència de la "Memòria sobre la conservació i catalogació de monuments" feta per l'Institut d'Estudis Catalans.
En gairebé cent anys, el Servei ha tingut quatre directors: els arquitectes Jeroni Martorell i Terrats (1915-1951), Camil Pallàs i Arisa (1954-1978), Antoni González Moreno-Navarro (1981-2008) i des de l'any 2008, Joan Closa Pujabet. Entre 1915 i 1929, la seu del Servei era al Palau de la Generalitat. Des del 1929 i durant seixanta anys, va ser a la Casa dels Canonges. Des del 1989, ocupa part de la planta baixa de l'edifici principal de l'antiga fàbrica Batlló, l'Edifici del Rellotge, construït en 1868 pel mestre d'obres Rafael Guastavino.
Té cura, per mitjà d'equips pluridisciplinaris, dels estudis de caràcter històric (recerques arqueològiques, antropològiques, documentals, d'art, constructives, etc.) i de caràcter tècnic (anàlisi gràfica, estudis físico-constructius, etc.) previs a la definició dels objectius de les intervencions. Després, redacta els projectes i duu la direcció dels treballs de restauració. L'SPAL, a petició dels ens locals, realitza també estudis d'inventari del patrimoni arquitectònic.
